RU2115215C1 - Induction motor speed control technique - Google Patents

Abstract

FIELD: adjustable frequency-controlled induction-motor drives for various industries. SUBSTANCE: method involves adjustment of functional converter to characteristic proceeding from minimal input current of stator at no-load running of induction motor and setting voltage regulation channel gain according to desired flatness of drive load characteristic. EFFECT: reduced input current of motor running at no load and, hence, reduced power requirement. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемых асинхронных электроприводах с частотным управлением, находящих применение в различных отраслях промышленности, в грузоподъемных устройствах, крановом оборудовании, транспортных на угольных шахтах и т.д. The invention relates to electrical engineering and can be used in variable frequency controlled asynchronous electric drives, which are used in various industries, in hoisting devices, crane equipment, transport in coal mines, etc.

Известен способ регулирования частоты вращения асинхронного двигателя (АД) с помощью преобразователя частоты (ПЧ) [1], характеризующийся постоянным магнитным потоком при постоянной частоте вращения ротора и обеспечивающий близкие к оптимальным условиям работы АД во всем диапазоне регулирования частоты вращения при постоянном моменте нагрузки. A known method of controlling the speed of an induction motor (HELL) using a frequency converter (IF) [1], characterized by a constant magnetic flux at a constant rotational speed of the rotor and providing close to optimal operating conditions HELL in the entire range of speed control at a constant load moment.

Недостатком этого способа является высокая величина тока холостого хода АД. The disadvantage of this method is the high value of the idling current HELL.

Известен способ регулирования частоты вращения АД с помощью ПЧ [2], характеризующийся жесткой связью частоты и напряжения питания АД с поддержанием постоянным абсолютного скольжения. A known method of regulating the frequency of rotation of the blood pressure using the inverter [2], characterized by a rigid connection of the frequency and voltage of the blood pressure while maintaining a constant absolute slip.

Недостатком данного способа является высокая величина тока холостого хода АД. The disadvantage of this method is the high current no-load current HELL.

Известен способ регулирования частоты вращения АД с помощью ПЧ [3], характеризующийся жесткой связью между частотой и напряжением питания АД посредством введения в канал регулирования напряжения (РН) функционального преобразователя (ФП), реализующего требуемый закон изменения напряжения на статоре АД в функции частоты вращения. There is a method of regulating the frequency of rotation of blood pressure using an inverter [3], characterized by a rigid connection between the frequency and voltage of the blood pressure by introducing into the channel voltage regulation (LV) a functional converter (FP) that implements the required law of voltage change on the stator of blood pressure as a function of speed.

Недостатком этого способа является высокий ток холостого хода и, как следствие, потери электроэнергии при работе АД в режимах без нагрузки. The disadvantage of this method is the high idle current and, as a consequence, the loss of electricity during the operation of blood pressure in no-load modes.

В основу изобретения положена задача создать такой способ регулирования частоты вращения АД, который обеспечивая снижение величины тока холостого хода АД в режиме работы без нагрузки. The basis of the invention is the task of creating such a method of controlling the speed of the blood pressure, which provides a decrease in the value of the idling current of the blood pressure in the operation without load.

Решение технической задачи достигается тем, что в способе регулирования частоты вращения асинхронного двигателя с помощью преобразователя частоты, при котором регулируют напряжение питания асинхронного двигателя в соответствии с требуемым законом изменения напряжения питания в функции частоты, устанавливаемым функциональным преобразователем, введенным в канал регулирования напряжения, предварительно снимают характеристику изменения тока холостого хода асинхронного двигателя, управляемого от преобразователя частоты на холостом ходу, затем в функциональном преобразователе настраивают начальную точку характеристики на достижение минимального тока статора на холостом ходу, а коэффициент усиления каната регулирования напряжения выбирают в соответствии с требуемой жесткостью нагрузочной характеристики электропривода. The solution to the technical problem is achieved by the fact that in the method of controlling the rotational speed of an induction motor using a frequency converter, in which the supply voltage of the induction motor is regulated in accordance with the required law of variation of the supply voltage as a function of frequency, set by the functional converter introduced into the voltage control channel, they are previously removed a characteristic of a change in the idling current of an asynchronous motor controlled from the frequency converter at idle move, then in the functional Converter adjust the starting point of the characteristics to achieve the minimum stator current at idle, and the gain of the voltage control cable is selected in accordance with the required rigidity of the load characteristics of the electric drive.

Отличительной особенностью данного способа является снятие характеристик изменения тока холостого хода асинхронного двигателя, управляемого с помощью преобразователя частоты, настройка характеристики функционального преобразователя на достижение минимального тока статора на холостом ходу и выбор коэффициента усиления канала регулирования напряжения в соответствии с требуемой жесткостью нагрузочной характеристики электропривода. A distinctive feature of this method is the taking of characteristics of the idle current change of an asynchronous motor controlled by a frequency converter, setting the characteristics of the functional converter to achieve the minimum stator current at idle and selecting the gain of the voltage regulation channel in accordance with the required stiffness of the load characteristic of the electric drive.

На фиг. 1 изображены кривые зависимостей тока статора (его среднеквадратичное значение) от частоты вращения при различных режимах работы АД; на фиг. 2 изображена характеристика работы ФП: ось абсцис - сигнал U_yα ; ось ординат - сигнал U_sα.In FIG. 1 shows the curves of the dependence of the stator current (its rms value) on the rotation frequency under various operating modes of the motor unit; in FIG. 2 shows the characteristic of the FP operation: the abscissa axis is the signal U _yα ; the ordinate axis is the signal U _sα .

В основе предлагаемого способа лежит явление снижения тока статора асинхронного двигателя на холостом ходу, за счет уменьшения напряжения питания в канале регулирования напряжения, при работе асинхронного двигателя в системе с преобразователем частоты с обратной связью по частоте вращения в канале регулирования напряжения. The basis of the proposed method is the phenomenon of reducing the stator current of an asynchronous motor idling, by reducing the supply voltage in the voltage control channel, when the asynchronous motor operates in a system with a frequency converter with feedback on the frequency of rotation in the voltage control channel.

На фиг. 1 представлены зависимости изменения тока статора J_s при работе на естественной механической характеристике за счет изменения нагрузки на валу АД (Кривая I) и зависимость изменения тока статора при изменении сигнала задания по частоте вращения при работе АД на холостом ходу (Кривая 2) (имеется в виду среднеквадратичное значение тока). При сбросе нагрузки, например с номинального значения до нуля при постоянном значении сигнала задания увеличивается частота вращения и, следовательно, уменьшается сигнал ошибки U_yα, подаваемый на входы регулятора частоты (РН) и ФП. ФП имеет характеристику, показанную на фиг. 2. Точка Г на фиг. 2 соответствует такой выходной величине сигнала U_3γ ФП, при которой напряжение, подаваемое на АД, заводит последний в режим работы, соответствующий т. Б. на фиг. 1 с пониженной величиной тока холостого хода. Это происходит за счет уменьшения напряжения в канале регулирования напряжения (РН). Характер перехода из номинального режима в режим холостого хода зависит от величины коэффициента усиления канала РН. Коэффициент усиления выбирается в соответствии с необходимой жесткостью нагрузочной характеристики электропривода. На фиг. 1 представлены кривые перехода АД из номинального режима работы в режим холостого хода при двух значениях коэффициента усиления канала РН: К₁ и К₂ (кривая 3 - при К₁, кривая 4 - при К₂), причем К₂>К₁.In FIG. Figure 1 shows the dependences of the change in stator current J _s when operating on a natural mechanical characteristic due to a change in the load on the AM shaft (Curve I) and the dependence of the change in stator current when the reference signal changes in rotational speed when the AM is idling (Curve 2) (available in mean rms current value). When the load is dropped, for example, from a nominal value to zero, at a constant value of the reference signal, the rotation frequency increases and, therefore, the error signal U _yα supplied to the inputs of the frequency regulator (PH) and phase transition decreases. FP has the characteristic shown in FIG. 2. Point G in FIG. 2 corresponds to such an output value of the signal U _3γ FP at which the voltage supplied to the blood pressure leads the latter to the operating mode corresponding to t. B. in FIG. 1 with reduced idle current. This is due to a decrease in voltage in the voltage regulation channel (LV). The nature of the transition from the nominal mode to the idle mode depends on the gain of the LV channel. The gain is selected in accordance with the necessary rigidity of the load characteristics of the electric drive. In FIG. Figure 1 shows the curves of the transition of blood pressure from the nominal operating mode to idle at two values of the gain of the PH channel: K ₁ and K ₂ (curve 3 - at K ₁ , curve 4 - at K ₂ ), and K ₂ > K ₁ .

При набросе нагрузки (например, до номинального значения) при работе АД в режиме холостого хода, уменьшается частота вращения АД и за счет обратной связи, увеличивается сигнал ошибки U_yα, подаваемый на РН и ФП, ФП вырабатывает сигнал, соответствующий т. Д на фиг. 2, и подает его на РН. Напряжение на выходе РН увеличивается и АД заводится в номинальный режим работы.When the load is charged (for example, to the nominal value) when the blood pressure is in idle mode, the speed of the blood pressure decreases and due to feedback, the error signal U _yα supplied to the LV and the FI increases, the FI generates a signal corresponding to t. D in FIG. . 2, and feeds it to the pH. The voltage at the output of the LV increases and the blood pressure starts up in the nominal mode of operation.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

В электроприводе для данного конкретного АД на холостом ходу путем последовательного изменения сигнала задания U_sα снимают характеристику изменения тока статора от частоты вращения в пределах рабочих частот вращения АД (например, от нуля до номинального значения).In the drive for this particular _AM idling, by sequentially changing the reference signal U _{sα, the} characteristic of the stator current changes from the rotational speed within the operating rotational speed of the AM (for example, from zero to the nominal value).

Для сигнала задания, соответствующего минимуму тока статора U_sαmin, производят настройку начальной точки характеристики ФП (точка Г на фиг. 2), при которой выходное напряжение канала РН заводит АД в режим с минимальным током.For the reference signal corresponding to the minimum stator current U _sαmin , the initial point of the FP characteristic is set (point G in Fig. 2), at which the output voltage of the LV channel leads the blood pressure to the mode with the minimum current.

Коэффициент усиления канала РН выбирают, исходя из согласования с величиной момента нагрузки на валу двигателя. Например, при номинальном моменте целесообразно выбрать коэффициент усиления, соответствующий работе двигателя на прямой 1 (фиг. 1). The gain of the PH channel is selected based on the agreement with the magnitude of the load moment on the motor shaft. For example, at a rated moment, it is advisable to choose a gain corresponding to the operation of the engine on line 1 (Fig. 1).

Таким образом, использование предлагаемого способа регулирования частоты вращения АД с помощью ПУ позволяет снизить величину тока холостого хода АД примерно на 50%, по сравнению с неуправляемым АД, что приводит к существенной экономии электроэнергии при длительной работе АД в режиме без нагрузки. Thus, the use of the proposed method of regulating the speed of blood pressure using PU allows you to reduce the idling current of blood pressure by about 50%, compared with uncontrolled blood pressure, which leads to significant energy savings during long-term operation of blood pressure in the no-load mode.

Предлагаемый способ был опробован на цифровой математической модели электропривода. The proposed method was tested on a digital mathematical model of an electric drive.

Claims (1)

Способ регулирования частоты вращения асинхронного двигателя с помощью преобразователя частоты, при котором регулируют напряжение питания асинхронного двигателя в соответствии с требуемым законом изменения напряжения асинхронного двигателя в функции частоты, устанавливаемым функциональным преобразователем, веденным в канал регулирования напряжения, отличающийся тем, что предварительно снимают характеристику изменения тока статора асинхронного двигателя, управляемого от преобразователя частоты, на холостом ходу работы, затем в функциональном преобразователе настраивают начальную точку характеристики на достижение минимального тока статора, а коэффициент усиления канала регулирования напряжения выбирают в соответствии с требуемой жесткостью нагрузочной характеристики электропривода. A method of controlling the rotation speed of an induction motor using a frequency converter, in which the supply voltage of the induction motor is regulated in accordance with the required law of variation of the voltage of the induction motor as a function of the frequency set by the functional converter led to the voltage control channel, characterized in that the current variation characteristic is previously taken the stator of an induction motor controlled from the frequency converter, idling, then in f The functional converter adjusts the starting point of the characteristic to achieve the minimum stator current, and the gain of the voltage regulation channel is selected in accordance with the required stiffness of the load characteristic of the electric drive.

Images