RU2460190C1 - Способ управления и обеспечения живучести трехфазного асинхронного двигателя вращательного или поступательного движения - Google Patents
Способ управления и обеспечения живучести трехфазного асинхронного двигателя вращательного или поступательного движения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2460190C1 RU2460190C1 RU2011113290/07A RU2011113290A RU2460190C1 RU 2460190 C1 RU2460190 C1 RU 2460190C1 RU 2011113290/07 A RU2011113290/07 A RU 2011113290/07A RU 2011113290 A RU2011113290 A RU 2011113290A RU 2460190 C1 RU2460190 C1 RU 2460190C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- motor
- currents
- speed
- phases
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в широкорегулирумых трехфазных асинхронных электроприводах с обеспечением свойства живучести в аварийном двухфазном режиме для электроприводов как вращательного, так и поступательного движения. Технический результат - упрощение процесса управления с сокращением длительности электромагнитных переходных процессов при переключении в аварийный двухфазный режим для трехфазного асинхронного двигателя при аварийном отключении одной из фаз и расширение области применения. В способе управления и обеспечения живучести трехфазного асинхронного двигателя вращательного или поступательного движения фазные обмотки статора двигателя питают от трехфазного преобразователя частоты, работающего в режиме источника тока. На вход регулятора скорости подают сигнал задания скорости вращательного (поступательного) движения ротора двигателя. Определяют скорость вращательного (поступательного) движения ротора, получая на его выходе трехфазные системы сигналов задания на фазные токи. На каждом интервале широтно-импульсной модуляции проводят анализ фазных токов двигателя. В случае обнаружения отказа в одной из фаз двигателя осуществляют поворот вектора тока одной работоспособной фазы на угол π/3, корректируя мгновенные значения токов в двух оставшихся фазах асинхронного двигателя для опережающей и отстающей фазы вектора по выражениям, указанным в формуле. 6 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в широкорегулирумых трехфазных асинхронных электроприводах с обеспечением свойства живучести в аварийном двухфазном режиме для электроприводов как вращательного, так и поступательного движения.
Известен способ обеспечения живучести трехфазного асинхронного двигателя для привода эскалатора (заявка JP 3293289, МПК B66B 23/02, опубл. 24.12.1991), в котором осуществляют восстановление работоспособности при неисправности силовой части преобразователя частоты: выпрямитель - инвертор. Живучесть обеспечивают диагностикой с последующим отключением питания двигателя от преобразователя частоты и переключением его напрямую к трехфазной сети переменного тока.
Недостатком этого способа является уменьшение равномерности движения эскалатора при отключении преобразователя частоты вследствие скачкообразного уменьшения или увеличения частоты вращения вала двигателя в зависимости от степени загруженности эскалатора и следствием этого снижение безопасности работы эскалатора и ограниченная применимость данного способа, а также невозможность работы данного электропривода при обрыве фазы двигателя, непосредственно питающей статорную обмотку.
Наиболее близким, принятым за прототип, является способ управления и обеспечения живучести трехфазного асинхронного двигателя (патент РФ №2326480, МПК H02H 7/09 (2006.01), H02H 7/12 (2006.01), опубл. 10.06.2008), заключающийся в том, что фазные обмотки статора двигателя запитывают от трехфазного преобразователя частоты, работающего в режиме источника тока, который реализуют регулированием фазных токов, задания на фазные токи двигателя получают с выхода регулятора скорости, на входы которого подают сигнал задания частоты вращения и текущую частоту вращения вала двигателя, получаемую с датчика скорости, одновременно с этим непрерывно проводят анализ фазных токов двигателя на каждом интервале широтно-импульсной модуляции и в случае обнаружения отказа в одной из фаз двигателя корректируют мгновенные значения токов в двух оставшихся фазах двигателя для опережающей фазы вектора тока:
или для отстающей фазы вектора тока:
где Iω - значение амплитуды формируемых фазных токов, A;
σ - число двоичных разрядов выходного кода цифрового сигнала, полученного в результате интегрирования сигнала с датчика скорости;
a, b, c - три бита отказа каждой фазы;
α - значение текущего двоичного кода цифрового сигнала, полученного в результате интегрирования сигнала с датчика скорости;
d - значение бита, вычисляемого по логическому выражению d=a∪b∪c (∪ - логическая операция ИЛИ); если d=1, то это свидетельствует об отказе в одной из фаз двигателя.
Недостатком известного способа является сложность процесса управления и повышенная длительность электромагнитных переходных процессов при переключении из трехфазного рабочего в двухфазный аварийный режим, кроме того способ предназначен для вращательного движения и не предусматривает управление линейным асинхронным двигателем поступательного движения.
Задачей заявляемого изобретения является упрощение процесса управления с сокращением длительности электромагнитных переходных процессов при переключении в аварийный двухфазный режим для трехфазного асинхронного двигателя при аварийном отключении одной из фаз и расширение области применения предложенного способа для электроприводов как вращательного, так и поступательного движения.
Поставленная задача решена тем, что в способе управления и обеспечения живучести трехфазного асинхронного двигателя вращательного или поступательного движения, так же как в прототипе, фазные обмотки статора двигателя запитывают от трехфазного преобразователя частоты, работающего в режиме источника тока, который реализуют регулированием фазных токов, обеспечивающим их пропорциональность сигналам задания на токи, формируемых на выходе регулятора скорости, на вход которого подают сигнал задания скорости вращения ротора двигателя, а на его выходе получают трехфазные системы сигналов задания на фазные токи, проводят анализ фазных токов двигателя на каждом интервале широтно-импульсной модуляции и в случае обнаружения отказа в одной из фаз двигателя корректируют мгновенные значения токов в двух оставшихся фазах асинхронного двигателя.
Согласно заявленному способу на вход регулятора скорости подают сигнал задания скорости или вращательного, или поступательного движения ротора двигателя, определяют скорость или вращательного, или поступательного движения ротора, при проведении анализа фазных токов двигателя в случае обнаружения отказа в одной из фаз двигателя осуществляют поворот вектора тока одной работоспособной фазы на угол π/3, для этого корректируют мгновенные значения токов в двух оставшихся фазах асинхронного двигателя для опережающей фазы вектора тока:
или для отстающей фазы вектора тока:
где Iω - значение амплитуды формируемых фазных токов, A;
a, b, c - значения битов слова состояния электропривода, вырабатываемые блоком диагностики;
α - значение текущего: двоичного кода цифрового сигнала с выхода датчика положения ротора или двоичный код цифрового сигнала, полученного в результате интегрирования сигнала с датчика скорости асинхронного двигателя.
Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью существенных признаков, состоит в том, что в предложенном техническом решении поворот вектора тока в одной из фаз в аварийном двухфазном режиме трехфазного асинхронного двигателя осуществляется на угол π/3 для получения результирующего сдвига векторов тока π/3, тогда как в прототипе поворот вектора тока в одной из фаз в аварийном двухфазном режиме трехфазного асинхронного двигателя осуществляется на угол π для получения результирующего сдвига векторов тока π/3, как следствие, в прототипе происходит изменение порядка чередования векторов МДС в фазах двигателя, что приводит к реверсу двигателя, для устранения этого в алгоритме восстановления работоспособности прототипа выполняется реверсивное формирование синусоид тока. В заявляемом техническом решении не происходит изменения порядка чередования векторов МДС в фазах двигателя, что существенно упрощает алгоритм восстановления работоспособности, сокращается программа и экономится вычислительный ресурс микроконтроллера. Кроме того, сокращение угла поворота вектора тока с π на угол π/3 в 3 раза также приводит к сокращению переходных электромагнитных процессов в двигателе при активизации алгоритма восстановления и уменьшению времени переключения структуры электропривода, времени нахождения электропривода в аварийном состоянии в процессе изменения вращающегося поля статора с эллиптического на круговое - основного показателя, характеризующего качество обеспечения живучести электропривода в процессе ликвидации аварийной ситуации.
Таким образом, предложенное решение позволяет обеспечить упрощение процесса управления с сокращением длительности электромагнитных переходных процессов при переключении в аварийный двухфазный режим для трехфазного асинхронного двигателя при аварийном отключении одной из фаз и расширение области применения предложенного способа для электроприводов как вращательного, так и поступательного движения.
На фиг.1 представлена функциональная схема микроконтроллерной системы управления трехфазным асинхронным двигателем;
на фиг.2 представлены пояснения поворота вектора тока одной работоспособной фазы на угол π/3;
на фиг.3 представлены временные диаграммы переходных процессов токов статора в фазах A, B, C: IАП, IВП, IСП, и частоты вращения вала двигателя ωП при переключении из рабочего 3-фазного в аварийный 2-фазный режим при восстановлении работоспособности согласно прототипу;
на фиг.4 представлены временные диаграммы переходных процессов токов статора в фазах A, B, C: IA, IB, IC, и частоты вращения вала двигателя ω при переключении из рабочего 3-фазного в аварийный 2-фазный режим при восстановлении работоспособности согласно заявленному способу;
на фиг.5 представлены временные диаграммы переходных процессов токов статора в фазах A, B, C: IАП, IВП, IСП, IA, IB, IC, и частоты вращения вала двигателя ωП, ω при переключении из рабочего 3-фазного в аварийный 2-фазный режим с совмещением временных диаграмм, представленных на фиг.3 и фиг.4;
на фиг.6 представлены временные диаграммы переходных процессов токов статора в фазах A, B, C: IA, IB, IC, и скорости движения ротора V асинхронного двигателя поступательного движения при переключении из рабочего 3-фазного в аварийный 2-фазный режим при восстановлении работоспособности согласно заявленному способу.
Предложенный способ осуществлен с помощью схемы микроконтроллерной системы управления трехфазным асинхронным двигателем (фиг.1), содержащей асинхронный двигатель 1 (АД), который через датчики тока 2 (ДТ1), 3 (ДТ2), 4 (ДТ3) подключен к преобразовательным ячейкам 5 (ПЯ1), 6 (ПЯ2) и 7 (ПЯ3) трехфазного преобразователя частоты, к которым подключен блок диагностики 8 (БД), связанный с микроконтроллером 9 (МК). Выходы датчиков тока 2 (ДТ1), 3 (ДТ2), 4 (ДТ3) подключены к микроконтроллеру 9 (МК). На валу асинхронного двигателя 1 (АД) установлен датчик скорости 10 (ДС), выход которого подключен к микроконтроллеру 9 (МК). Микроконтроллер 9 (МК) соединен с задатчиком скорости 11 (ЗС) и с преобразовательным ячейкам 5 (ПЯ1), 6 (ПЯ2) и 7 (ПЯ3) трехфазного преобразователя частоты.
В качестве асинхронного двигателя 1 (АД) можно использовать любой трехфазный асинхронный двигатель вращательного или поступательного движения с развязанными фазами, то есть начало и конец каждой статорной обмотки должны быть выведены в коробку выводов, например АДМ63В4У3. В качестве датчиков тока 2 (ДТ1), 3 (ДТ2), 4 (ДТ3) могут быть использованы стандартные датчики с гальванической развязкой, например модули ЛЕМ типа LA 25-NP. Датчик скорости 10 (ДС) может быть любого типа с аналоговым или цифровым выходом, например SG751-SG753 [www.start-vector.com]. В качестве микроконтроллера 9 (МК) может быть выбран одноплатный микроконтроллер типа АТ89С2051 с тактовой частотой 4 МГц. В качестве преобразовательных ячеек 5 (ПЯ1), 6 (ПЯ2), 7(ПЯ3) трехфазного преобразователя частоты использован инвертор, выполненный по мостовой или полумостовой схеме. Задатчик скорости 11 (ЗС) может быть выполнен в виде блока, вырабатывающего аналоговый или цифровой сигнал задания. Использован известный блок диагностики 8 (БД) [Однокопылов Г.И. Датчик состояния преобразовательной ячейки // IV Международная научно-техническая конференция «Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения», Новочеркасск: Изд-во ЮРГТУ, 2004. - 70 с.].
Для проверки способа управления и обеспечения живучести трехфазного асинхронного двигателя вращательного или поступательного движения использовали математическую модель [Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2005612119 «Программа расчета переходных процессов асинхронного двигателя с электромагнитным тормозным устройством»]. Фазные обмотки статора двигателя 1 (АД) запитывают от трехфазного преобразователя частоты, состоящего из трех преобразовательных ячеек 5 (ПЯ1), 6 (ПЯ2), 7 (ПЯ3), работающих в режиме источника тока, который реализуют регулированием фазных токов в микроконтроллере 9 (МК), а информацию получают с датчиков тока 2 (ДТ1), 3 (ДТ2), 4 (ДТ3). Регулирование скорости производят в микроконтроллере 9 (МК), при этом скорость или вращательного, или поступательного движения ротора двигателя получают с датчика скорости 10 (ДС). Сигнал задания скорости или вращательного, или поступательного движения ротора двигателя получают с задатчика скорости 11 (ЗС), сигнал которого является входной величиной для электропривода. На каждом интервале широтно-импульсной модуляции проводят анализ состояния преобразовательных ячеек 5 (ПЯ1), 6 (ПЯ2), 7 (ПЯ3) с помощью блока диагностики 8 (БД), который вырабатывает три бита отказа a, b, c, составляющих слово состояния электропривода, которые поступают в микроконтроллер 9 (МК). В случае обнаружения отказа или в одной из фаз двигателя 1 (АД) или в одной из преобразовательных ячеек 5 (ПЯ1), 6 (ПЯ2), 7 (ПЯ3) в микроконтроллере 9 (МК) осуществляют поворот вектора тока одной работоспособной фазы на угол π/3 (фиг.2), для этого корректируют мгновенные значения фазных токов асинхронного двигателя 1 (АД) для опережающей фазы вектора тока:
или для отстающей фазы вектора тока:
На временных диаграммах переходных процессов (фиг.3, 4, 5) представлена работа асинхронного двигателя вращательного движения марки MTF 311-6 на номинальной нагрузке с частотой тока статора 25 Гц при переключении из рабочего 3-фазного в аварийный 2-фазный режим работы при отказе в фазе «А» в момент времени t=0,5 с. Из сравнения временных диаграмм фиг.3, 4 видно, что сокращение угла поворота вектора тока с π на угол π/3 (фиг.2) в прототипе (фиг.3) приводит к провалу частоты вращения, тогда как в заявляемом способе провал отсутствует (фиг.4). Кроме того, из сравнения диаграмм прототипа и заявляемого способа на фиг.5 видно, что на интервале времени 0.5…0.593 с при восстановлении работоспособности в заявляемом способе падение частоты вращения на 40…50% медленнее, чем в прототипе. То есть использование предложенного способа по сравнению с прототипом позволяет обеспечить упрощение процесса управления с сокращением длительности электромагнитных переходных процессов при переключении в аварийный двухфазный режим для трехфазного асинхронного двигателя при аварийном отключении одной из фаз. На фиг.6 представлены временные диаграммы переходных процессов асинхронного двигателя поступательного движения мощностью 10 кВт на номинальной нагрузке с частотой тока статора 50 Гц при переключении из рабочего 3-фазного в аварийный 2-фазный режим работы при отказе в фазе «А» в момент времени t=2 с. Восстановление работоспособности асинхронного двигателя поступательного движения в аварийном режиме подтверждает работоспособность заявленного способа.
Предложенное техническое решение позволяет в случае отказа в одной из фаз асинхронного двигателя обеспечить сохранение направления вращения кругового вращающегося поля и частоты вращения вала для двигателя вращательного движения и сохранение направления бегущего поля и скорости движения ротора для двигателя поступательного движения, а также обеспечить 100% вероятность пуска в заданном направлении с упрощением процесса управления и с сокращением длительности электромагнитных переходных процессов при переключении в аварийный двухфазный режим для трехфазного асинхронного двигателя при аварийном отключении одной из фаз и расширить область применения предложенного способа для электроприводов как вращательного, так и поступательного движения.
Claims (1)
- Способ управления и обеспечения живучести трехфазного асинхронного двигателя вращательного или поступательного движения, заключающийся в том, что фазные обмотки статора двигателя запитывают от трехфазного преобразователя частоты, работающего в режиме источника тока, который реализуют регулированием фазных токов, обеспечивающим их пропорциональность сигналам задания на токи, формируемых на выходе регулятора скорости, на вход которого подают сигнал задания скорости вращения ротора двигателя, а на его выходе получают трехфазные системы сигналов задания на фазные токи, проводят анализ фазных токов двигателя на каждом интервале широтно-импульсной модуляции и в случае обнаружения отказа в одной из фаз двигателя корректируют мгновенные значения токов в двух оставшихся фазах асинхронного двигателя, отличающийся тем, что на вход регулятора скорости подают сигнал задания скорости или вращательного или поступательного движения ротора двигателя, определяют скорость или вращательного или поступательного движения ротора, при проведении анализа фазных токов двигателя в случае обнаружения отказа в одной из фаз двигателя осуществляют поворот вектора тока одной работоспособной фазы на угол π/3, для этого корректируют мгновенные значения токов в двух оставшихся фазах асинхронного двигателя по выражениям для опережающей фазы вектора тока:
;
;
,
или для отстающей фазы вектора тока:
;
;
,
где Iω - значение амплитуды формируемых фазных токов, A;
a, b, c - значение битов слова состояния электропривода, вырабатываемые блоком диагностики;
- инверсные значения a, b, c;
α - значение текущего двоичного кода цифрового сигнала с выхода датчика положения ротора или двоичный код цифрового сигнала, полученного в результате интегрирования сигнала с датчика скорости асинхронного двигателя.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011113290/07A RU2460190C1 (ru) | 2011-04-06 | 2011-04-06 | Способ управления и обеспечения живучести трехфазного асинхронного двигателя вращательного или поступательного движения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011113290/07A RU2460190C1 (ru) | 2011-04-06 | 2011-04-06 | Способ управления и обеспечения живучести трехфазного асинхронного двигателя вращательного или поступательного движения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2460190C1 true RU2460190C1 (ru) | 2012-08-27 |
Family
ID=46937961
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011113290/07A RU2460190C1 (ru) | 2011-04-06 | 2011-04-06 | Способ управления и обеспечения живучести трехфазного асинхронного двигателя вращательного или поступательного движения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2460190C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2525294C1 (ru) * | 2013-02-07 | 2014-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Устройство управления и обеспечения живучести двигателя двойного питания |
CN113625094A (zh) * | 2021-09-11 | 2021-11-09 | 沈阳工业大学 | 一种地铁站台屏蔽门故障诊断*** |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2270809A (en) * | 1992-09-08 | 1994-03-23 | Mitsubishi Electric Corp | Groung fault detecting method and apparatus for inverter |
RU2012973C1 (ru) * | 1991-03-11 | 1994-05-15 | Белорусская государственная политехническая академия | Устройство защиты электропривода переменного тока |
DE4330823A1 (de) * | 1993-09-13 | 1995-03-16 | Bosch Gmbh Robert | Antriebsvorrichtung mit einer Sicherheitseinrichtung für den Sonderbetrieb |
WO2000030243A2 (en) * | 1998-11-12 | 2000-05-25 | Empresa Brasileira De Compressores S.A. - Embraco | A system and a method for protecting an electric motor and its control circuit and an electric motor |
US6239566B1 (en) * | 1998-05-12 | 2001-05-29 | Mannesmann Sachs Ag | Drive system for a permanently excited electric motor having at least one phase winding |
RU2326480C1 (ru) * | 2007-04-04 | 2008-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Способ управления и обеспечения живучести трехфазного асинхронного двигателя |
-
2011
- 2011-04-06 RU RU2011113290/07A patent/RU2460190C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2012973C1 (ru) * | 1991-03-11 | 1994-05-15 | Белорусская государственная политехническая академия | Устройство защиты электропривода переменного тока |
GB2270809A (en) * | 1992-09-08 | 1994-03-23 | Mitsubishi Electric Corp | Groung fault detecting method and apparatus for inverter |
DE4330823A1 (de) * | 1993-09-13 | 1995-03-16 | Bosch Gmbh Robert | Antriebsvorrichtung mit einer Sicherheitseinrichtung für den Sonderbetrieb |
US6239566B1 (en) * | 1998-05-12 | 2001-05-29 | Mannesmann Sachs Ag | Drive system for a permanently excited electric motor having at least one phase winding |
WO2000030243A2 (en) * | 1998-11-12 | 2000-05-25 | Empresa Brasileira De Compressores S.A. - Embraco | A system and a method for protecting an electric motor and its control circuit and an electric motor |
RU2326480C1 (ru) * | 2007-04-04 | 2008-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Способ управления и обеспечения живучести трехфазного асинхронного двигателя |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2525294C1 (ru) * | 2013-02-07 | 2014-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Устройство управления и обеспечения живучести двигателя двойного питания |
CN113625094A (zh) * | 2021-09-11 | 2021-11-09 | 沈阳工业大学 | 一种地铁站台屏蔽门故障诊断*** |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104702186B (zh) | 一种混合励磁变频交流起动发电***及其控制方法 | |
CN102055394B (zh) | 电力变换装置 | |
US8624534B2 (en) | Control device for electric motor driving apparatus | |
CN102624297A (zh) | 一种故障容错性永磁发电***及其控制方法 | |
US9543868B2 (en) | Apparatus for controlling rotary electric machine | |
AU2012208179A1 (en) | Power conversion apparatus | |
CN102971956A (zh) | 电力变换*** | |
JP2014003783A (ja) | 電力変換器制御装置および多重巻線型電動機駆動装置 | |
CN102754298A (zh) | 电力供给装置及方法 | |
JP2012196725A (ja) | 電動工具 | |
CN102355175B (zh) | 一种感应电机刹车控制方法 | |
CN104779874A (zh) | 空调室外风机直接拖动控制方法 | |
CN100589318C (zh) | 一个逆变器拖动四台电机异步同时实现转子变频调速*** | |
RU2460190C1 (ru) | Способ управления и обеспечения живучести трехфазного асинхронного двигателя вращательного или поступательного движения | |
JP2012029378A (ja) | 負荷制御装置 | |
RU2410813C1 (ru) | Способ обеспечения живучести трехфазного асинхронного электропривода | |
CN117544063A (zh) | 一种电机控制方法及反电动势过零检测*** | |
KR100289430B1 (ko) | 동기식 리럭턴스 모터의 속도제어 방법 및 장치 | |
Zhou et al. | Self-optimizing control of advanced commutation angle for doubly salient electromagnetic machine | |
CN104993710A (zh) | 一种三相五桥臂功率变换器的变频调速控制方法 | |
JP3884260B2 (ja) | 風力発電装置 | |
US20140265958A1 (en) | Control Device and Method for Controlling an Induction Machine | |
JP2005237172A (ja) | 同期機の制御装置 | |
JP4398440B2 (ja) | 風力発電装置 | |
RU2326480C1 (ru) | Способ управления и обеспечения живучести трехфазного асинхронного двигателя |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130407 |