RU2035121C1

RU2035121C1 - Method of braking of asynchronous motor with valve converter

Info

Publication number: RU2035121C1
Application number: SU925065742A
Authority: RU
Inventors: А.Е. Загорский; З.А. Захарова; И.Т. Пар
Original assignee: Акционерное общество "Научно-исследовательский институт электроэнергетики"
Priority date: 1992-10-13
Filing date: 1992-10-13
Publication date: 1995-05-10

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: fixed reduced value of current frequency is established in such way that certain proportion V/f is obtained simultaneously with switching over of phases of stator and decrease of voltage. Value of current in winding of stator is compared with specified one and if result has negative sign angle of control over valves of converter is being increased till this result reaches zero value. EFFECT: increased efficiency of braking and precision of stopping thanks to growth of braking moment of motor and angle of shift between current and voltage in phase of motor. 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к приводу с вентильным управлением, и может быть использовано для интенсивного торможения двигателя. The invention relates to electrical engineering, in particular to a valve-driven drive, and can be used for intensive engine braking.

Известен способ динамического торможения асинхронного двигателя. Двигатель запитывается от сети через управляемые тиристоры. При торможении тиристоры в одной из фаз двигателя полностью закрыты, а в двух других пропускают ток только в одном направлении. В результате в спектре периодического несинусоидального напряжения, приложенного к двигателю, помимо постоянной составляющей присутствует еще и субгармоническая составляющая сетевого напряжения, вследствие чего формируется результирующая механическая характеристика двигателя, имеющая сколько-нибудь заметный тормозной момент в зоне высоких скоростей [1] Недостатком данного способа является малая эффективность тормозного воздействия, особенно при снижении скорости вращения ротора. A known method of dynamic braking of an induction motor. The motor is powered from the network through controlled thyristors. When braking, the thyristors in one of the phases of the motor are completely closed, and in the other two they pass current in only one direction. As a result, in the spectrum of the periodic non-sinusoidal voltage applied to the engine, in addition to the constant component, there is also a subharmonic component of the mains voltage, as a result of which the resulting mechanical characteristic of the engine is formed, which has any noticeable braking torque in the high-speed zone [1] The disadvantage of this method is small braking effect, especially when reducing the rotor speed.

Наиболее близким по технической сущности является способ торможения двигателя противовключением, заключающийся в переключении на ходу двух фаз обмотки статора, что ведет к перемене направления вращения магнитного поля [2] Ротор при этом вращается против направления движения поля и постепенно замедляется. При снижении угловой скорости ротора до нулевого значения двигатель отключается от сети для исключения возможности его разгона в противоположном направлении. The closest in technical essence is the method of engine braking with counterclosure, consisting in switching on the move two phases of the stator winding, which leads to a change in the direction of rotation of the magnetic field [2] The rotor thus rotates against the direction of movement of the field and gradually slows down. When the rotor angular velocity decreases to zero, the engine is disconnected from the network to exclude the possibility of its acceleration in the opposite direction.

Основным достоинством этого способа торможения является очень малое время останова двигателя, т.к. в этом случае двигатель начинает работать в режиме электромагнитного тормоза. Недостатком данного способа торможения является наличие значительных механических и тепловых усилий, которые могут привести к выводу из строя оборудования, а также необходимость наличия механического датчика на роторе для фиксирования момента перехода угловой скорости двигателя через нуль. The main advantage of this braking method is a very short engine shutdown time, as in this case, the engine starts to work in electromagnetic brake mode. The disadvantage of this method of braking is the presence of significant mechanical and thermal forces that can lead to equipment failure, as well as the need for a mechanical sensor on the rotor to record the moment when the angular velocity of the engine passes through zero.

Задача данного изобретения создание способа торможения асинхронного двигателя с вентильным преобразователем в цепи статора, при котором при подаче сигнала на останов двигателя переключают две фазы обмотки статора и одновременно с переключением двух фаз обмотки статора уменьшают амплитуду и устанавливают фиксированную частоту питающего напряжения таким образом, чтобы выполнялось условие U/f-K_з, затем непрерывно сравнивают значение тока в статорной обмотке с заданным значением и при отрицательном знаке результата сравнения изменяют угол управления вентилей преобразователя до тех пор, пока результат сравнения не достигнет нулевого значения, и одновременно непрерывно измеряют угол сдвига между током и напряжением в фазе и сравнивают его с заданным значением и, при достижении полученной разницей нулевого значения подают сигнал на полное закрытие вентилей преобразователя, где U величина напряжения на выходе преобразователя; f частота напряжения на выходе преобразователя; К_з расчетная величина, пропорциональная магнитному потоку в момент переключения обмоток двигателя.The objective of the invention is to provide a method for braking an asynchronous motor with a valve converter in the stator circuit, in which, when a signal is sent to stop the motor, two phases of the stator winding are switched and simultaneously, the two amplitudes of the stator winding are reduced, the amplitude is reduced and a fixed frequency of the supply voltage is set so that the condition U / fK _s , then continuously compare the value of the current in the stator winding with a given value and if the sign of the comparison result is negative, change control gate of the converter valves until the comparison result reaches a zero value, and at the same time, the shear angle between the current and voltage in the phase is continuously measured and compared with the set value and, when the difference is zero, the signal is sent to completely close the converter valves, where U is the magnitude of the voltage at the output of the converter; f voltage frequency at the output of the converter; By calculation _of a quantity proportional to the magnetic flux at the time of switching the motor windings.

Заявленное техническое решение отличается от прототипа тем, что одновременно с переключением фаз статора дополнительно уменьшают амплитуду и устанавливают фиксированную частоту питающего напряжения таким образом, чтобы выполнялось условие U/f=K_з, где К_з расчетная величина, пропорциональная магнитному потоку в момент переключения обмоток двигателя, затем непрерывно сравнивают значение тока в статорной обмотке с заданным значением и при отрицательном знаке результата сравнения изменяют угол управления вентилей преобразователя до тех пор, пока результат сравнения не достигнет нулевого значения, и одновременно непрерывно измеряют угол сдвига между током и напряжением в фазе и сравнивают его с заданным значением и при достижении полученной разницей нулевого значения подают сигнал на полное закрытие вентилей преобразователя.The claimed technical solution differs from the prototype in that, simultaneously with the phase switching of the stator, the amplitude is additionally reduced and a fixed frequency of the supply voltage is set so that the condition U / f = K _{s is} satisfied, where K _{s is the} calculated value proportional to the magnetic flux at the time of switching the motor windings , then continuously compare the current value in the stator winding with a given value and, if the sign of the comparison result is negative, change the control angle of the converter valves to x until the comparison result reaches a zero value, and at the same time, the shear angle between the current and voltage in the phase is continuously measured and compared with the set value, and when the difference obtained reaches zero, a signal is sent to completely close the converter valves.

Технический результат выражается в резком снижении механических и тепловых усилий на двигатель за счет изменения тормозного момента и более точном определении момента отключения двигателя от сети. The technical result is expressed in a sharp decrease in mechanical and thermal forces on the engine due to a change in braking torque and a more accurate determination of the moment the engine is disconnected from the network.

Предлагаемый способ торможения можно пояснить с помощью фиг. 1, где кривая 1 естественная механическая характеристика двигателя при номинальных значениях напряжения и частоты; кривая 2 механическая характеристика двигателя при сниженном напряжении на двигателе; кривая 3 при уменьшении частоты; кривая 4 и 5 при одновременном наименовании напряжения и частоты на двигателе, но при разных К_з (U/f const).The proposed braking method can be explained using FIG. 1, where curve 1 is the natural mechanical characteristic of the motor at rated voltage and frequency; curve 2 mechanical characteristics of the engine with reduced voltage on the engine; curve 3 with decreasing frequency; curve 4 and 5 with the simultaneous name of the voltage and frequency on the motor, but at different K _s (U / f const).

Как видно из фиг. 1, одновременным изменением частоты и напряжения можно, изменяя К_з, подобрать требуемый режим торможения для любого вида привода. При этом погрешность при определении момента отключения двигателя от сети снижается, т.к. наклон кривой механической характеристики имеет более выраженный характер.As can be seen from FIG. 1, by simultaneously changing the frequency and voltage, it is possible, by changing K _s , to select the required braking mode for any type of drive. In this case, the error in determining the moment of disconnection of the engine from the network is reduced, because the slope of the curve of the mechanical characteristic is more pronounced.

Предлагаемый способ может быть реализован с помощью устройства, схема которого изображена на фиг. 2. В цепи статора управляемого асинхронного двигателя 1 включен вентильный преобразователь с симисторами 2 6. Устройство для управления торможением содержит датчик тока 7, датчик 8 напряжения, датчик 9 угла сдвига фаз тока и напряжения, блок 10 сравнения, фазосдвигающий блок 11 и блок пересчета 12. Симисторы 2, 3 первым силовым выводом подключены к фазе А силовой питающей сети, симисторы 4, 5 первым силовым выводом подключены к фазе В силовой питающей сети, симистор 6 первым силовым выводом подключены к первой фазе статорной обмотки асинхронного двигателя 1, симисторы 3, 4 вторым силовым выводом подключены к второй фазе статорной обмотки асинхронного двигателя 1, второй вывод симистора 6 подключен к 3-й фазе статорной обмотки асинхронного двигателя, вход датчика 7 подключен к фазе С силовой питающей сети, а выход к второму входу датчика 9 угла сдвига фаз, вход датчика 8 напряжения подключен к фазе С силовой питающей сети, а выход к первому входу датчика 9 угла сдвига фаз и входу С фазосдвигающего блока 11, выход датчика 9 подключен к первому входу блока 10 сравнения (U1), на второй вход которого (U2) подается сигнал уставки, а выход подключен на вход U1 фазосдвигающего блока 11. На вход U2 блока 11 подается сигнал пуска останова SS, выходы Q1, Q2, Q3 фазосдвигающего блока 11 подключены к входам D1, D2, D3 блока пересчета 12, причем выходы Q1, Q3 представляют собой каждый два канала управления симисторами 2, 4 и 3, 5 по раздельности. Выход Q1 блока пересчета 12 подключен к выводам управления симисторами 2, 4 выход Q2 к выводу управления симистором 6, а выход Q3 к выводам управления симисторами 3, 5 причем выходы Q1, Q3 представляют собой каждый два канала управления симисторами 2, 4 и 3, 5 по раздельности. На управляющий вход U блока пересчета 12 поступает сигнал пуска/останова SS. The proposed method can be implemented using a device, a diagram of which is shown in FIG. 2. A valve converter with triacs 2 is included in the stator circuit of a controlled induction motor 1 6. The device for braking control comprises a current sensor 7, a voltage sensor 8, a phase angle and voltage sensor 9, a comparison unit 10, a phase shifting unit 11, and a conversion unit 12 Triacs 2, 3 with the first power output are connected to phase A of the power supply network, triacs 4, 5 with the first power output are connected to phase B of the power supply network, triac 6 with the first power output are connected to the first phase of the stator winding of the asynchronous drive Atelier 1, triacs 3, 4 are connected by a second power output to the second phase of the stator winding of the induction motor 1, the second output of the triac 6 is connected to the 3rd phase of the stator winding of the asynchronous motor, the input of the sensor 7 is connected to phase C of the power supply network, and the output to the second the input of the sensor 9 of the phase angle, the input of the sensor 8 of the voltage is connected to the phase C of the power supply network, and the output to the first input of the sensor 9 of the angle of the phase shift and the input C of the phase-shifting unit 11, the output of the sensor 9 is connected to the first input of the comparison unit 10 (U1), on the second input of which (U2) the setpoint signal is applied, and the output is connected to the input U1 of the phase-shifting unit 11. A stop start signal SS is input to the input U2 of the block 11, the outputs Q1, Q2, Q3 of the phase-shifting unit 11 are connected to the inputs D1, D2, D3 of the conversion unit 12, and the outputs Q1, Q3 are each two control channels of triacs 2, 4 and 3, 5 separately. The output Q1 of the conversion unit 12 is connected to the control terminals of the triacs 2, 4, the output Q2 to the control terminal of the triac 6, and the output Q3 to the control terminals of triac 3, 5 and the outputs Q1, Q3 are each two control channels of triac 2, 4 and 3, 5 separately. To the control input U of the conversion unit 12 receives a start / stop signal SS.

Устройство работает следующим образом. Датчик тока 7 формирует импульс всякий раз, когда ток в фазе "С" достигает нулевого значения. Датчик 8 напряжения формирует импульс всякий раз, когда напряжение в фазе "С" достигает нулевого значения. Датчик 9 угла сдвига фаз по импульсам датчиков 7, 8 формирует на выходе сигнал, пропорциональный значению φ_т, причем при отсутствии импульсов с датчика 7 на выходе датчика 9 формируется сигнал нулевого уровня. Блок сравнения 10 формирует на выходе сигнал логической "1" при выполнении условия φ_т ≅φ_з и сигнал логического "0" при условии φ_т> φ_з, где φ_т сигнал на первом входе;
φ_з сигнал на втором входе блока 10.The device operates as follows. The current sensor 7 generates a pulse whenever the current in phase "C" reaches zero. The voltage sensor 8 generates a pulse whenever the voltage in phase "C" reaches zero. The sensor 9 of the phase angle from the pulses of the sensors 7, 8 generates an output signal proportional to the value of φ _t , and in the absence of pulses from the sensor 7 at the output of the sensor 9, a zero level signal is generated. Comparison unit 10 generates a logical 1 signal at the output when the condition φ _t ≅φ _{z is} met and a logical 0 signal under the condition φ _t > φ _z , where φ _{t is the} signal at the first input;
φ _s signal at the second input of block 10.

Фазосдвигающий блок по импульсам синхронизации, поступающим на вход С, формирует импульсы управления симисторами 2 6, причем, при сигнале SS на входе U2, имеющем уровень логической "1" блок 11 формирует импульсы управления на выходах Q1, Q2 с углом управления симисторами α- 0 на каждом полупериоде сетевого напряжения. При сигнале SS на входе U2, имеющем уровень логического "0", блок 11 формирует импульсы управления симисторами на выходах Q1, Q3 с углом управления α- α₀, отличным от нуля, т.е. на двигатель подается напряжение меньше номинального, уровень которого определяется углом управления α₀.The phase-shifting unit generates control pulses of triacs 2 6 according to synchronization pulses arriving at input C; moreover, with an SS signal at input U2 having a logic level of “1”, block 11 generates control pulses at outputs Q1, Q2 with a control angle of triacs of α-0 at each half-cycle of the mains voltage. With a signal SS at input U2, which has a logic level of “0”, block 11 generates triac control pulses at outputs Q1, Q3 with a control angle α-α ₀ other than zero, i.e. less than the rated voltage is applied to the engine, the level of which is determined by the control angle α ₀ .

При сигнале SS на входе U2, имеющем уровень логического "0", и сигнале на входе U1, имеющем уровень логической "1", на всех выходах Q1 Q3 блока 11 импульсы управления отсутствуют. With a signal SS at input U2 having a logic level “0” and a signal at input U1 having a logic level “1”, there are no control pulses at all outputs Q1 Q3 of block 11.

При сигнале на входе U пересчетного устройства, имеющем уровень логической "1" входы D связаны с выходами Q непосредственно, т.е. импульсы с выходов фазосдвигающего устройства 11 поступают на управляющие входы тиристоров через блок пересчета 12. При сигнале на входе U пересчетного устройства, имеющем уровень логического "0", пересчетное устройство делит частоту импульсов на выходе в К раз, т.е. частота импульсов на выходе f_вых f_вх/К, где f_вх частота импульсов на входе;
К коэффициент пересчета фиг. 3.With a signal at the input U of the recalculation device having a logic level of "1", the inputs D are connected to the outputs Q directly, i.e. pulses from the outputs of the phase shifting device 11 are fed to the control inputs of the thyristors through the conversion unit 12. When the signal at the input U of the conversion device having a logic level of "0", the conversion device divides the pulse frequency at the output by a factor of K, i.e. pulse frequency output f _O f _I / K, where f _Rin frequency pulses at the input;
To the conversion factor of FIG. 3.

Таким образом, частота подводимого к двигателю напряжения будет f_c/K, где f_c частота напряжения силовой питающей сети.Thus, the frequency of the voltage supplied to the motor will be f _c / K, where f _{c is the} frequency of the voltage of the power supply network.

В исходном состоянии сигнал SS имеет нулевой уровень, импульсы управления симисторами отсутствуют, токов в фазах асинхронного двигателя нет, импульсы с выхода датчика 7 отсутствуют, с выхода датчика 9 на первый вход блока 10 поступает сигнал логического нуля и, следовательно, на вход 11 фазосдвигающего блока поступает сигнал логической "1". Устройство в целом находится в устойчивом состоянии. При изменении уровня сигнала SS на "1" начинают поступать импульсы управления симисторами 2, 4, 6 (выходы Q1, Q2) с углом управления α-0, к двигателю прикладывается полное напряжение сети, двигатель запускается. Для торможения двигателя на вход SS подается сигнал логического нуля, тогда как на входе U1 присутствует сигнал логического нуля, начинают работать симисторы 3, 5, 6 с углом управления α- α₀. Так как на вход U пересчетного устройства идет сигнал логического нуля, то устройство 12 начинает формировать на выходе импульсы с частотой f_c/K. Чередование фаз меняется на обратное и к двигателю прикладывается напряжение меньшей частоты, причем U/f-K_з. Двигатель начинает тормозиться и угол φ_т уменьшается. Когда угол φ_т станет равным установке φ_з, на выходе блока 10 возникает сигнал логической "1" и импульсы управления симисторами исчезнут. Симисторы закроются, напряжение на двигателе станет равным нулю.In the initial state, the SS signal has a zero level, there are no triac control pulses, there are no currents in the phases of the induction motor, there are no pulses from the output of the sensor 7, a logic zero signal is transmitted from the output of the sensor 9 to the first input of block 10 and, therefore, to the input 11 of the phase shifting block a logical 1 signal is received. The device as a whole is in a steady state. When the SS signal level changes to "1", control pulses of triacs 2, 4, 6 (outputs Q1, Q2) with the control angle α-0 begin to arrive, the full mains voltage is applied to the engine, the engine starts. To brake the engine, a logical zero signal is supplied to the SS input, while a logical zero signal is present at the input U1, triacs 3, 5, 6 with a control angle α-α ₀ start working. Since a logical zero signal goes to the input U of the recounting device, the device 12 begins to generate pulses with an output frequency f _c / K at the output. The phase rotation is reversed and a lower frequency voltage is applied to the motor, with U / fK _s . The engine starts to brake and the angle φ _t decreases. When the angle φ _t becomes equal to the setting φ _s , the logical 1 signal appears at the output of block 10 and the control impulses of the triacs disappear. Triacs will close, the voltage on the motor will become zero.

Claims

СПОСОБ ТОРМОЖЕНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ В ЦЕПИ СТАТОРА, при котором при подаче сигнала на останов двигателя переключают две фазы обмотки статора, отличающийся тем, что одновременно с переключением двух фаз обмотки статора уменьшают амплитуду и устанавливают фиксированную частоту питающего напряжения такой, чтобы выполнялось условие U/f K, затем непрерывно сравнивают значение тока в статорной обмотке с заданным значением и при отрицательном знаке результата сравнения изменяют угол управления вентилей преобразователя до тех пор, пока результат сравнения не достигнет нулевого значения, и одновременно непрерывно измеряют угол сдвига между током и напряжением в фазе и сравнивают его с заданным значением и при достижении полученной разницей нулевого значения подают сигнал на полное закрытие вентилей преобразователя, где U величина напряжения на выходе преобразователя; f частота напряжения на выходе преобразователя; K - расчетная величина, пропорциональная магнитному потоку в момент переключения обмоток двигателя. METHOD OF BRAKING AN ASYNCHRONOUS MOTOR WITH A FAN CONVERTER IN THE STATOR CHAIN, in which, when a signal is supplied to stop the motor, two phases of the stator winding are switched, characterized in that, simultaneously with the switching of two phases of the stator winding, the amplitude is reduced and a fixed voltage is established so that the voltage / f K, then the current value in the stator winding is continuously compared with the set value and, if the comparison result is negative, the angle of control of the valves of the educator until the comparison result reaches a zero value, and at the same time, the shear angle between the current and voltage in the phase is continuously measured and compared with the set value, and when the difference obtained reaches zero, a signal is sent to completely close the converter valves, where U is the voltage value at the output of the converter; f voltage frequency at the output of the converter; K is the calculated value proportional to the magnetic flux at the time of switching the motor windings.