RU2574380C2 - Method for pulse-frequency regulation of alternating current drive with source of variable frequency and device for its implementation - Google Patents
Method for pulse-frequency regulation of alternating current drive with source of variable frequency and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2574380C2 RU2574380C2 RU2014104775/07A RU2014104775A RU2574380C2 RU 2574380 C2 RU2574380 C2 RU 2574380C2 RU 2014104775/07 A RU2014104775/07 A RU 2014104775/07A RU 2014104775 A RU2014104775 A RU 2014104775A RU 2574380 C2 RU2574380 C2 RU 2574380C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- winding
- pulse
- frequency
- phases
- source
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 5
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract 1
- 230000002457 bidirectional Effects 0.000 abstract 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004642 transportation engineering Methods 0.000 abstract 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 229910004682 ON-OFF Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient Effects 0.000 description 1
- 230000003313 weakening Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники и предназначено для электроприводов механизмов и машин с большим моментом инерции, ударной нагрузкой, а также транспортных средств.The invention relates to the field of electrical engineering and is intended for electric drives of mechanisms and machines with a large moment of inertia, shock load, as well as vehicles.
В классической теории электропривода известен импульсный способ регулирования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором [1]. В рабочем режиме двигатель периодически отключают от сети. Постоянно находясь в режиме пуска, - свободного выбега - в приводе устанавливается некоторая усредненная скорость, определяемая продолжительностью включения (ПВ %). Такое регулирование связано с быстрым нагревом двигателя из-за тепловых потерь, имеющих квадратичную зависимость от пусковых токов. Так, двигатель АЛ 32-4 при средней скорости 600 об/мин при относительной продолжительности включения
Известно устройство импульсно-ключевого регулирования асинхронного электродвигателя с фазным ротором, в частности в электроприводах башенных кранов [2, 3]. Сущность регулирования заключается в периодическом размыкании-замыкании цепи роторных обмоток с резисторами в точке соединения звезды последних симисторным коммутатором с пороговым (ключевым) элементом, работающим при заданном уровне ЭДС ротора в автоматическом режиме. Такое устройство применимо к частному случаю - приводу с двигателем, имеющим фазный ротор, и использует классический способ импульсного регулирования скорости асинхронного двигателя, перенеся отключение из статорных обмоток в роторные, - только путем размыкания последних.A device for pulse-key regulation of an asynchronous electric motor with a phase rotor, in particular in electric drives of tower cranes [2, 3]. The essence of regulation is to periodically open-close the circuit of the rotor windings with resistors at the junction point of the star of the latter with a triac switch with a threshold (key) element operating at a given level of rotor EMF in automatic mode. Such a device is applicable to a special case - a drive with an engine having a phase rotor, and uses the classical method of pulse control of the speed of an induction motor, transferring the shutdown from the stator windings to rotor windings - only by opening the latter.
В предлагаемом способе регулирования электропривода переменного тока основная - рабочая обмотка управляется только частотой источника напряжения (базовое регулирование), а всю работу по изменению магнитного поля статора - изменению механических характеристик двигателя - производит 2-я дополнительная обмотка, причем "пороговым (ключевым) элементом" является токовая отсечка фазы рабочей обмотки от трансформатора тока. Принципиальное отличие предлагаемого технического решения состоит в том, что способ работает во всем диапазоне частот источника напряжения (базового регулирования) за счет зависимости частоты импульсов от частоты источника; создает возможность как усиления, так и ослабления магнитного поля статора, причем переходные электромагнитные процессы, связанные с рабочим режимом основной обмотки, отсутствуют.In the proposed method for regulating an AC electric drive, the main one - the working winding is controlled only by the frequency of the voltage source (basic regulation), and all the work on changing the stator magnetic field - changing the mechanical characteristics of the motor - is performed by the 2nd additional winding, with the "threshold (key) element" is the current cutoff phase of the working winding from the current transformer. The fundamental difference of the proposed technical solution is that the method works in the entire frequency range of the voltage source (basic regulation) due to the dependence of the pulse frequency on the frequency of the source; creates the possibility of both strengthening and weakening the stator magnetic field, and transient electromagnetic processes associated with the operating mode of the main winding are absent.
Так как дополнительная обмотка работает и в двигательном режиме, то активные материалы (медь, сталь, магнито-провода) по тепловому состоянию двигателя используются полностью.Since the additional winding works in the motor mode, the active materials (copper, steel, magnetic wires) are fully used for the thermal state of the motor.
Теоретически такое регулирование может быть использовано в любом электроприводе переменного тока.Theoretically, such regulation can be used in any AC drive.
Схема электропривода, изображенная на Фиг.1, работает следующим образом. При пуске магнитный пускатель П контактами П1, П2, П3 подает напряжение источника на фазы 1P, 2P, 3P рабочей обмотки и фазу 1Д дополнительной обмотки, а пульт управления ПУ включает управляющие электроды симисторов 1, 2, при этом отслеживается частота f источника через делитель частоты ДЧ, работает пульс-пара ПП и контролируется ток нагрузки рабочей обмотки через трансформатор тока ТТ.The electric drive circuit shown in figure 1, operates as follows. At start-up, the magnetic starter P, with contacts P1, P2, P3, supplies the source voltage to the
Магнитные поля обеих обмоток вращаются в одну сторону, причем дополнительная обмотка включается после достижения пусковым током рабочей обмотки порога ограничения - отсечки автоматически.The magnetic fields of both windings rotate in one direction, and the additional winding is turned on after the starting current reaches the working winding threshold of limitation - cutoff automatically.
Частота источника питания задает длительность цикла импульс-пауза пульс-пары, т.е. частоту импульсов.The frequency of the power source sets the duration of the pulse-pause cycle of the pulse pair, i.e. pulse frequency.
После спада пускового тока пульс-пара отключается и обе обмотки работают в двигательном режиме.After the inrush current drops, the pulse-pair is switched off and both windings operate in motor mode.
Возможны еще два варианта регулирования привода в зависимости от требуемой глубины пульсации магнитного поля - движущего момента:There are two more options for controlling the drive, depending on the required depth of magnetic field ripple - driving torque:
а) дополнительная обмотка включается импульсами противоположной полярности, когда две ее фазы переключаются в режим «противовключения»,a) the additional winding is switched on by pulses of opposite polarity when its two phases are switched to the “counterclockwise” mode,
б) дополнительная обмотка включается импульсами, полярность которых периодически меняется в функции частоты напряжения источника питания или по заданной программе.b) the additional winding is switched on by pulses, the polarity of which periodically changes as a function of the frequency of the voltage of the power source or according to a given program.
Схемное решение устройства пульта управления ПУ не является предметом заявляемого технического предложения и поэтому не рассматривается.The circuit diagram of the device of the control panel PU is not the subject of the claimed technical proposal and therefore is not considered.
В механизмах с ударной нагрузкой, использующих маховиковый электропривод, в период рабочей операции необходимо перевести двигатель на мягкие механические характеристики, когда при приеме нагрузки двигатель «проваливается» по скорости и маховик отдает запасенную кинетическую энергию.In shock-loaded mechanisms using a flywheel electric drive, during the operation, it is necessary to transfer the engine to soft mechanical characteristics, when the load is received, the engine “falls through” in speed and the flywheel gives off stored kinetic energy.
Предлагаемые способ и устройство решают эту задачу. При увеличении тока в рабочей обмотке выше «отсечки» автоматически включается пульс-пара по варианту а) и запрограммированный пульт управления ПУ, отключая симисторы 1, 2, переключает пульс-пару на второй выход, соединенный с электродами симисторов 3, 4 - обмотки 2Д и 3Д переключается в фазах В, С источника питания. После выполнения рабочей операции программа ПУ снова переключает симисторы, восстанавливая двигательный режим дополнительной обмотки - двигатель форсированно разгоняется.The proposed method and device solve this problem. When the current in the working winding increases above the “cut-off”, the pulse-pair is automatically turned on according to option a) and the programmed control panel of the control unit, turning off the
Такой привод может работать в упрощенном варианте от сети 50 Гц без преобразователя частоты и переключение полярности импульсов осуществлять с помощью реле с датчиками положения - конечными включателями по схеме, изображенной на Фиг2.Such a drive can operate in a simplified version from a 50 Hz network without a frequency converter and switch the polarity of the pulses using relays with position sensors - end switches according to the circuit shown in Fig.2.
На Фиг.2 приведено устройство дифференциального электропривода транспортного средства с мотор-колесами, в которых применены 2-обмоточные асинхронные двигатели с короткозамкнутыми роторами, рассчитанные на включение по схеме «звезда».Figure 2 shows the device of a differential electric drive of a vehicle with motor wheels, in which 2-winding asynchronous motors with squirrel-cage rotors are used, designed for inclusion in the "star" scheme.
Пуск электропривода осуществляется аналогично схеме на Фиг.1. Включение симисторов 1, 2, 5, 6 происходит через нормально замкнутые контуры реле Р1К, Р2К. При неисправностях (короткое замыкание) симисторов реле максимального тока РМ1, РМ2 отключают схему. При повороте машины срабатывают датчики положения KB1 или КВ2 и начинает работать импульсно-частотное регулирование скорости одного из двигателей в режиме «противовключения», когда магнитное поле ослабляется по вариантам а) или б). Управляемый двигатель тормозится, а второй двигатель разгоняется благодаря свойствам схемы, объединяющей их рабочие обмотки. На контур саморегулирования двигателей в функции нагрузочных моментов накладывается автоматическое управление магнитным полем одного из них. При обмотках, соизмеримым по параметрам, схема позволяет совершать маневр - разворот на месте за счет команды «задний ход» для одного из двигателей. Это очень важно в стесненных условиях работы в карьерах, особенно для горной местности.The start of the electric drive is carried out similarly to the circuit in figure 1. The
На Фиг.1 обозначено:In figure 1 is indicated:
U - источник напряжения изменяемой частоты 3-фазного напряжения;U is the voltage source of the variable frequency of the 3-phase voltage;
А, В, С - фазы источника напряжения;A, B, C - phase voltage source;
П1, П2, П3 - силовые контакты магнитного пускателя П;P1, P2, P3 - power contacts of the magnetic starter P;
f - частота источника;f is the frequency of the source;
ТТ - трансформатор тока;TT - current transformer;
ПП - пульс-пара;PP - pulse pair;
ДЧ - делитель частоты;DC - frequency divider;
ПУ - пульт управления;PU - control panel;
Ф1 Ф2 - магнитный поток обмоток двигателя;F1 F1 - the magnetic flux of the motor windings;
1P, 2Р, 3Р - фазные рабочие обмотки;1P, 2P, 3P - phase working windings;
1D, 2D, 3D - фазные дополнительные обмотки;1D, 2D, 3D - phase additional windings;
1, 2, 3, 4 - симисторные ключи;1, 2, 3, 4 - triac keys;
РМ - реле максимального тока;RM - overcurrent relay;
СК - стоповая кнопка;SK - stop button;
П - катушка магнитного пускателя;P - magnetic starter coil;
Пк - пусковая кнопка;PC - start button;
По - блок-контакт пускателя.On - starter contact block.
На Фиг.2 обозначено дополнительно к Фиг.1:Figure 2 is indicated in addition to Figure 1:
4Р, 5Р, 6П - фазные рабочие обмотки второго двигателя;4P, 5P, 6P - phase working windings of the second motor;
1D1, 2D1, 3D1 - фазные дополнительные обмотки первого двигателя;1D1, 2D1, 3D1 - phase additional windings of the first motor;
1D2, 2D2, 3D2 - фазные дополнительные обмотки второго двигателя;1D2, 2D2, 3D2 - phase additional windings of the second motor;
ПУ1, ПУ2 - пульт управления первого и второго двигателей;PU1, PU2 - control panel of the first and second engines;
5, 6, 7, 8 - симисторные ключи второго двигателя;5, 6, 7, 8 - triac keys of the second engine;
Р1к, Р2к - нормально закрытые контакты реле;P1k, P2k - normally closed relay contacts;
Р1ко, Р2ко - нормально открытые контакты реле;P1ko, P2ko - normally open relay contacts;
KB1, КВ2 - датчики положения;KB1, KB2 - position sensors;
РМ1, РМ2 - реле максимального тока;PM1, PM2 - maximum current relay;
а - общий контакт схемы управления;a - common contact control circuit;
Р1, Р2 - катушки реле.P1, P2 - relay coils.
Источники информацииInformation sources
1. В.П. Андреев, Ю.А. Сабинин. М., Госэнергоиздат, 1956 г. Основы электропривода. Импульсное регулирование скорости вращения асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, стр.361.1. V.P. Andreev, Yu.A. Sabinin. Moscow, Gosenergoizdat, 1956 Fundamentals of electric drive. Pulse Speed Control of Squirrel Cage Induction Motors, p. 361.
2. Патент RU 2101843 C1.10.01.1998.2. Patent RU 2101843 C1.10.01.1998.
3. Патент РФ №2249296 24.09.2002.3. RF patent No. 229296 09/24/2002.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014104775/07A RU2574380C2 (en) | 2014-02-12 | Method for pulse-frequency regulation of alternating current drive with source of variable frequency and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014104775/07A RU2574380C2 (en) | 2014-02-12 | Method for pulse-frequency regulation of alternating current drive with source of variable frequency and device for its implementation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014104775A RU2014104775A (en) | 2015-08-20 |
RU2574380C2 true RU2574380C2 (en) | 2016-02-10 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1129492A (en) * | 1965-02-08 | 1968-10-09 | Allmaenna Syenska Elek Ska Akt | A drive system for an asynchronous electric motor |
US3443183A (en) * | 1966-11-25 | 1969-05-06 | Fernando Pagano | Regulated three-phase asynchronous electric motors |
SU1525854A1 (en) * | 1987-10-22 | 1989-11-30 | Липецкий политехнический институт | Device for controlling induction motor |
US5608615A (en) * | 1996-03-11 | 1997-03-04 | Luce; John W. | Asynchronous intergrid transfer apparatus |
RU2101847C1 (en) * | 1995-09-04 | 1998-01-10 | Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения "ВНИИР" | Thyristor asynchronous drive |
RU2249296C2 (en) * | 2002-09-24 | 2005-03-27 | Попов Евгений Владимирович | Electric motor switch-mode regulation |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1129492A (en) * | 1965-02-08 | 1968-10-09 | Allmaenna Syenska Elek Ska Akt | A drive system for an asynchronous electric motor |
US3443183A (en) * | 1966-11-25 | 1969-05-06 | Fernando Pagano | Regulated three-phase asynchronous electric motors |
SU1525854A1 (en) * | 1987-10-22 | 1989-11-30 | Липецкий политехнический институт | Device for controlling induction motor |
RU2101847C1 (en) * | 1995-09-04 | 1998-01-10 | Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения "ВНИИР" | Thyristor asynchronous drive |
US5608615A (en) * | 1996-03-11 | 1997-03-04 | Luce; John W. | Asynchronous intergrid transfer apparatus |
RU2249296C2 (en) * | 2002-09-24 | 2005-03-27 | Попов Евгений Владимирович | Electric motor switch-mode regulation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Jape et al. | Comparison of electric motors for electric vehicle application | |
Pyrhonen et al. | Electrical machine drives control: An introduction | |
CN107112937A (en) | Control device for inverter and vehicle console device | |
WO2009070089A1 (en) | Method and system for controlling an electric ac motor | |
Paul et al. | Brushless DC motor control using digital PWM techniques | |
CN102457224A (en) | Control apparatus for power conversion system including DC/AC converter connected between electric rotating machine and DC power source | |
CN108880363A (en) | Three-level formula brushless synchronous machine asynchronous starting control method and system | |
RU2509002C2 (en) | Electric transmission of ac traction vehicle power | |
JP6563143B2 (en) | Brushless synchronous generator | |
CN106059406A (en) | Method for suppressing torque pulsation of brushless direct current motor based on delayed Hall signal | |
Parhizkar et al. | Direct torque control of brushless DC motor drives with reduced starting current using fuzzy logic controller | |
Kuznetsov et al. | Ways to decrease losses in electric drives and improvement of electrical safety during their service | |
RU2574380C2 (en) | Method for pulse-frequency regulation of alternating current drive with source of variable frequency and device for its implementation | |
Mishra et al. | Investigation of transient performance of VSI-Fed IM drives using Volts/Hz and vector control techniques | |
Shaltout et al. | Speed control of induction motors using proposed closed loop Volts/hertz control scheme | |
RU2518907C1 (en) | Uninterrupted and secured power supply system for crucial power consumers | |
RU2601952C1 (en) | Axial controlled contactless engine-generator | |
Somanatham et al. | Modeling and simulation of sensorless control of PMBLDC motor using zero-crossing back EMF detection | |
RU2573576C2 (en) | Dc power supply device for self-contained transport vehicle | |
Ji et al. | Simulation of Wind Power Generation System Using Switched Reluctance Generator and Capacitor-less AC-AC converter | |
Pati et al. | Improvement of transient and steady state performance of a scalar controlled induction motor using sliding mode controller | |
RU2272351C1 (en) | Synchronous motor | |
Khan et al. | PWM Speed Control of ACSingle Phase Induction MotorUsing MCUSeries Combined With TRIACTechnology | |
RU68205U1 (en) | SOFT STARTING SYSTEM FOR TWO ENGINES | |
Patel | Speed control of three-phase induction motor using variable frequency drive |