RU2599529C1 - Device for frequency control over asynchronous electric drive - Google Patents

Device for frequency control over asynchronous electric drive Download PDF

Info

Publication number
RU2599529C1
RU2599529C1 RU2014151549/07A RU2014151549A RU2599529C1 RU 2599529 C1 RU2599529 C1 RU 2599529C1 RU 2014151549/07 A RU2014151549/07 A RU 2014151549/07A RU 2014151549 A RU2014151549 A RU 2014151549A RU 2599529 C1 RU2599529 C1 RU 2599529C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
converter
input
output
current
frequency
Prior art date
Application number
RU2014151549/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Львович Кодкин
Александр Сергеевич Аникин
Яков Алексеевич Шмарин
Александр Александрович Балденков
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)")
Общество с ограниченной ответственностью "РЕГЭН"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)"), Общество с ограниченной ответственностью "РЕГЭН" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)")
Priority to RU2014151549/07A priority Critical patent/RU2599529C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2599529C1 publication Critical patent/RU2599529C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control specially adapted for optimising the efficiency at low load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, namely to frequency-controlled electric drives. Asynchronous motor control device comprises a converter of frequency and voltage, control inputs of which are connected to outputs of the first and second adders, respectively. First input of the second adder is connected to the output of the functional converter, and the second input - to the output of the static converter. First input of the first adder is connected to the source of setting signal and the input of the functional converter, and the second input - to the output of the first static non-linear converter. Outputs of motor stator winding current transducers are connected to the first and the second inputs of the functional current converter, the first output of the functional current converter corresponding to the positive feedback by current of the stator is connected to the input of an aperiodic link of the first order, the output of which is connected to the input of the static converter and to the input of the first static non-linear converter.
EFFECT: technical result is providing efficiency of correcting the positive feedback by active component of the stator current while maintaining stability of the system for control over the asynchronous electric drive.
1 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в частотно-регулируемых электроприводах. Предлагаемое устройство может быть использовано для создания автоматизированных электроприводов переменного тока с частотным управлением, испытывающих нагрузки выше номинальных, без дополнительных датчиков скорости и, в частности, для создания тягового электропривода транспортных устройств городского хозяйства, например привода троллейбуса, трамвая; горнорудной промышленности, например привода шахтного электровоза, шахтного самоходного вагона.The invention relates to electrical engineering and can be used in variable frequency drives. The proposed device can be used to create automated AC electric drives with frequency control, experiencing loads higher than the nominal, without additional speed sensors and, in particular, to create a traction electric drive of urban transport devices, for example, a trolley bus, tram; mining industry, for example, a mine electric locomotive drive, a mine self-propelled wagon.

При использовании автоматизированных электроприводов с частотным управлением двигателями переменного тока без дополнительных датчиков скорости возникают проблемы поддержания скорости и защиты двигателя и преобразователя при нагрузках выше номинальных. Сложности управления асинхронными двигателями характерны для многодвигательных приводов, когда два и более двигателей питаются от одного преобразователя.When using automated electric drives with frequency control of AC motors without additional speed sensors, problems arise in maintaining the speed and protection of the motor and the converter at loads above nominal. The difficulties of controlling asynchronous motors are typical for multi-motor drives, when two or more motors are powered by one converter.

Скалярное частотное управление является основным видом управления, используемым в автоматизированном асинхронном электроприводе. В настоящее время, несмотря на конкуренцию с векторными способами управления, оно довольно широко распространено, т.к. позволяет решать многие технические задачи массового электропривода проще и эффективнее. При скалярном способе управления можно управлять двумя и более двигателями, к тому же он не требует дополнительных датчиков (скорости, потока). Поэтому наиболее часто в частотно-регулируемых электроприводах используется скалярное управление.Scalar frequency control is the main type of control used in an automated asynchronous electric drive. Currently, despite the competition with vector control methods, it is quite widespread, because allows you to solve many technical problems of a mass electric drive easier and more efficiently. With a scalar control method, two or more engines can be controlled, moreover, it does not require additional sensors (speed, flow). Therefore, most often in variable frequency drives, scalar control is used.

Наиболее близким является устройство частотного управления асинхронным электроприводом (патент РФ №2412526, МПК НО2Р 23/00, опубл. 20.02.2011), которое содержит асинхронный двигатель, преобразователь частоты и напряжения и функциональный преобразователь, в котором реализуется зависимость амплитуды напряжения от частоты. В устройство входят датчики тока статорной обмотки двигателя, сигналы с выходов которых подаются на входы функционального преобразователя тока, где формируются выходные сигналы, пропорциональные значению активной составляющей тока статора. Положительная обратная связь по активной составляющей тока статора, которая через статический нелинейный преобразователь корректирует амплитуду напряжения при увеличении тока, обеспечивает увеличение магнитного потока. Выходной сигнал второго статического нелинейного преобразователя меняет свой знак с плюса на минус при превышении сигнала, пропорционального активной составляющей тока статора, своего номинального значения. Это приводит к снижению задания на частоту и синхронной скорости двигателя. При этом происходит увеличение потока двигателя, а следовательно, увеличение жесткости механической характеристики. Это приводит к уменьшению скольжения двигателя в полтора-два раза, а скорость снижается на пять-семь процентов по сравнению со скоростью двигателя при начальной большей синхронной скорости двигателя. Недостаток данного устройства заключается в том, что положительная обратная связь по активной составляющей тока резко ухудшает устойчивость системы, из-за чего коэффициент усиления этой указанной обратной связи нельзя увеличить до необходимого значения, в связи с чем, ее действие, заключающееся в увеличении амплитуды подаваемого на статор двигателя напряжения, весьма ограничено. Так, при полуторакратном значении номинального тока статора (Iн) и при максимальной величине статической компенсации по активной составляющей тока статора (Ir-компенсация), в преобразователе частоты ATV32 фирмы Scheider Electric выходное напряжение увеличивается на 5 В (2,5%), в преобразователе частоты NXP фирмы Vacon - на 10 В (3%). Это связано с тем, что разработчики преобразователей опасаются нарушения устойчивости электропривода. В результате чего действие Ir-компенсации до 1,5Iн практически не сказывается на работе электропривода, а для поддержания скорости двигателя при изменяющейся нагрузке рекомендуется применять систему управления, замкнутую по скорости вращения вала двигателя. Это требует наличия датчиков скорости, которые можно установить далеко не на все механизмы, либо системы косвенного вычисления скорости, требующей больших вычислительных мощностей и не работающей на низких частотах вращения (0-10 Гц).The closest is a frequency control device for an asynchronous electric drive (RF patent No. 2412526, IPC НО2Р 23/00, publ. 02.20.2011), which contains an asynchronous motor, a frequency and voltage converter and a functional converter, in which the voltage amplitude depends on the frequency. The device includes current sensors of the stator winding of the motor, the signals from the outputs of which are fed to the inputs of the functional current transducer, where output signals proportional to the value of the active component of the stator current are generated. Positive feedback on the active component of the stator current, which, through a static nonlinear converter, corrects the voltage amplitude with increasing current, provides an increase in magnetic flux. The output signal of the second static non-linear converter changes its sign from plus to minus when the signal proportional to the active component of the stator current is exceeded, its nominal value. This reduces the frequency reference and the synchronous motor speed. In this case, an increase in engine flow occurs, and consequently, an increase in the rigidity of the mechanical characteristic. This leads to a decrease in engine slip in one and a half to two times, and the speed decreases by five to seven percent compared with the engine speed at the initial higher synchronous engine speed. The disadvantage of this device is that positive feedback on the active component of the current dramatically affects the stability of the system, because of which the gain of this specified feedback cannot be increased to the required value, and therefore, its effect is to increase the amplitude of motor stator voltage is very limited. So, with one and a half times the nominal stator current (I n) and at the maximum value of static compensation for the active component of the stator current (Ir compensation), the output voltage in the ATV32 frequency converter from Scheider Electric increases by 5 V (2.5%), in Vacon NXP frequency inverters - 10 V (3%). This is due to the fact that the developers of the converters fear a violation of the stability of the electric drive. As a result, the effect of Ir-compensation up to 1.5I n has practically no effect on the operation of the electric drive, and it is recommended to use a control system closed by the speed of rotation of the motor shaft to maintain engine speed with a changing load. This requires the presence of speed sensors, which can be installed far from all mechanisms, or an indirect speed calculation system that requires large computing power and does not work at low speeds (0-10 Hz).

Однако для целого ряда электроприводов механизмов (преимущественно военного назначения) такой точности недостаточно. Для таких механизмов требуется поддерживать скорость с точностью до 1-2% при значительных изменениях нагрузки.However, for a number of electric drive mechanisms (mainly military), this accuracy is not enough. For such mechanisms, it is required to maintain the speed with an accuracy of 1-2% with significant load changes.

Авторы провели исследования асинхронного электропривода с преобразователем частоты ATV 71. Режим поддержания скорости исследовался в замкнутой по скорости системе и в разомкнутой с максимальным коэффициентом «Ir-компенсации», которая должна обеспечивать поддержание скорости при увеличении нагрузки.The authors conducted research on an asynchronous electric drive with an ATV 71 frequency converter. The mode of maintaining speed was investigated in a speed-locked system and open with a maximum “Ir-compensation” coefficient, which should provide speed maintenance with increasing load.

В замкнутой по скорости системе амплитуда напряжения на статоре увеличилась на 40 В, а частота напряжения - на 7 Гц, при этом скорость при набросе нагрузки снизилась на 1%.In a speed-closed system, the voltage amplitude at the stator increased by 40 V and the voltage frequency increased by 7 Hz, while the speed during a load surge decreased by 1%.

В разомкнутой системе снижение скорости при той же нагрузке составило 30%, т.к. напряжение увеличилось на 5 В, а частота напряжения - на 1 Гц. Это произошло из-за того, что коэффициент «Ir-компенсации» не достаточен для поддержания скорости в необходимом диапазоне изменения нагрузки. Увеличить его до необходимой величины возможности нет, т.к. безынерционная положительная обратная связь с таким коэффициентом приведет к неустойчивости электропривода.In an open system, the decrease in speed at the same load was 30%, because voltage increased by 5 V, and the voltage frequency increased by 1 Hz. This happened due to the fact that the coefficient of "Ir-compensation" is not sufficient to maintain speed in the required range of load changes. It is not possible to increase it to the required value, because inertialess positive feedback with such a coefficient will lead to instability of the electric drive.

Техническая задача изобретения направлена на обеспечение эффективности корректирующей связи по току статора при сохранении устойчивости системы управления асинхронным электроприводом.The technical task of the invention is aimed at ensuring the effectiveness of corrective communication over the stator current while maintaining the stability of the control system of an asynchronous electric drive.

Под эффективностью понимается поддержание скорости вращения вала двигателя с точностью до 2-3% при нагрузке до 2Iн для электродвигателей с номинальным скольжением до 10% и при нагрузке до 1,5Iн - со скольжением от 10% до 15%. Для этого необходимо обеспечить при 1,5Iн увеличение питающего двигатель напряжения не менее 30-40 В.Efficiency is understood as maintaining the speed of rotation of the motor shaft with an accuracy of 2-3% at a load of up to 2 N for electric motors with a nominal slip of up to 10% and at a load of up to 1.5 I n with a slip of 10% to 15%. For this, it is necessary to provide at 1.5I n an increase in the voltage supplying the motor of at least 30-40 V.

Технический результат изобретения - поддержание заданной скорости вращения асинхронного электродвигателя с погрешностью не более 2-3% при изменении нагрузки в широких пределах, в том числе при увеличении приложенного к приводу механического момента до полуторакратного значения номинального момента электродвигателя и, соответственно, увеличении тока статора до 1,5Iн.The technical result of the invention is the maintenance of a given rotation speed of an induction motor with an error of not more than 2-3% when the load changes over a wide range, including when the mechanical moment applied to the drive increases to one and a half times the rated motor moment and, accordingly, the stator current increases to 1 , 5I n .

Техническая задача достигается тем, что в устройстве управления асинхронным двигателем, содержащем асинхронный двигатель и преобразователь частоты и напряжения, управляющие входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго сумматоров, первый вход второго сумматора соединен с функциональным преобразователем, вход которого соединен с источником сигнала задания, а второй вход - с выходом статического преобразователя, первый вход первого сумматора соединен с источником сигнала задания, а второй вход - с выходом первого статического нелинейного преобразователя, а также датчики тока статорной обмотки двигателя, выходы которых соединены с первым и вторым входами функционального преобразователя тока, согласно изобретению первый выход функционального преобразователя тока, соответствующий положительной обратной связи по току статора, соединен с входом апериодического звена первого порядка, выход которого соединен с входом статического преобразователя и с входом первого статического нелинейного преобразователя.The technical problem is achieved in that in an asynchronous motor control device comprising an asynchronous motor and a frequency and voltage converter, the control inputs of which are connected respectively to the outputs of the first and second adders, the first input of the second adder is connected to a functional converter, the input of which is connected to the reference signal source, and the second input is with the output of the static converter, the first input of the first adder is connected to the source of the reference signal, and the second input is with the output of the first non-linear converter, as well as current sensors of the stator winding of the motor, the outputs of which are connected to the first and second inputs of the functional current converter, according to the invention, the first output of the functional current converter corresponding to the positive feedback on the stator current is connected to the input of the aperiodic first-order link, the output of which connected to the input of the static converter and to the input of the first static nonlinear converter.

Заявленное устройство представлено на следующих фигурах: на фиг. 1 представлена блок-схема устройства для управления частотно-регулируемым асинхронным электроприводом, на фиг. 2 представлена структурная схема АЭП с положительной обратной связью, на фиг. 3 представлены переходные процессы при набросе нагрузки, на фиг. 4 представлены переходные процессы колебательной системы, на фиг. 5 представлена преобразованная структурная схема электропривода, на фиг. 6 представлены частотные характеристики неизменяемой части электропривода, на фиг. 7 представлена преобразованная упрощенная структурная схема, на фиг. 8 представлены частотные характеристики при звене положительной обратной связи (ПОС) WX=k, на фиг. 9 представлены частотные характеристики при звене ПОС

Figure 00000001
.The claimed device is presented in the following figures: in FIG. 1 shows a block diagram of a device for controlling a frequency-controlled asynchronous electric drive, FIG. 2 is a structural diagram of a positive feedback AED; FIG. 3 shows transients during a load surge, in FIG. 4 shows the transients of the oscillatory system, in FIG. 5 shows a converted block diagram of an electric drive; FIG. 6 shows the frequency characteristics of the fixed part of the electric drive; FIG. 7 is a transformed simplified block diagram; FIG. 8 shows the frequency response for a positive feedback link (PIC) W X = k, FIG. 9 shows the frequency characteristics at the link PIC
Figure 00000001
.

На фиг. 1 обозначены следующие элементы:In FIG. 1, the following elements are indicated:

1 - функциональный преобразователь;1 - functional converter;

2 - первый сумматор;2 - the first adder;

3 - второй сумматор;3 - second adder;

4 - статический преобразователь;4 - static converter;

5 - первый статический нелинейный преобразователь;5 - the first static nonlinear converter;

6 - преобразователь частоты и напряжения;6 - frequency and voltage converter;

7 - апериодическое звено первого порядка;7 - aperiodic link of the first order;

8 - датчик тока фазы А;8 - phase A current sensor;

9 - датчик тока фазы С;9 - phase C current sensor;

10 - функциональный преобразователь тока;10 - functional current transducer;

11 - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.11 - squirrel-cage induction motor.

Данный вариант используется в тех случая, когда невозможна установка датчиков скорости, либо в многодвигательных приводах, когда два и более двигателя питаются от одного преобразователя.This option is used in cases where it is not possible to install speed sensors, or in multi-motor drives, when two or more motors are powered by one converter.

Устройство управления асинхронным двигателем (фиг. 1) содержит асинхронный двигатель 11 и преобразователь частоты и напряжения 6. Управляющие входы uf и uu, которые определяют значения частоты f1 и напряжения U1 на выходе преобразователя частоты и напряжения 6, соединены соответственно с выходами второго 3, и первого 2 сумматоров. На первый вход первого 2 сумматора подается сигнал задания uy, а на первый вход второго сумматора 3 этот сигнал проходит через функциональный преобразователь 1, в котором реализуется зависимость амплитуды напряжения от частоты, и на выходе формируется сигнал u0. В устройство входят датчики тока статорной обмотки двигателя 8 и 9, сигналы с выходов которых подаются на входы функционального преобразователя тока 10, где формируется выходной сигнал I1a пропорциональный активной составляющей тока статора. Сигнал I1a подается на вход апериодического звена 7 с постоянной времени Т, выход которого подается на вход статического преобразователя 4 и на вход первого статического нелинейного преобразователя 5, характеристика которого представлена на фиг. 3. Выход первого статического нелинейного преобразователя 5 соединен со вторым входом первого сумматора 1. Сигнал на выходе первого статического нелинейного преобразователя 5 меняет свой знак с плюса на минус при превышении сигнала, пропорционального активной составляющей тока статора, своего номинального значения. Выход статического преобразователя 4 соединен со вторым входом второго сумматора 3.The asynchronous motor control device (Fig. 1) contains an asynchronous motor 11 and a frequency and voltage converter 6. The control inputs u f and u u , which determine the values of frequency f 1 and voltage U 1 at the output of the frequency converter and voltage 6, are connected respectively to the outputs second 3, and first 2 adders. The signal u y is supplied to the first input of the first 2 adder, and the signal passes through the functional converter 1 to the first input of the second adder 3, in which the voltage amplitude depends on the frequency, and the signal u 0 is generated at the output. The device includes current sensors of the stator winding of the motor 8 and 9, the signals from the outputs of which are fed to the inputs of the functional current transducer 10, where an output signal I 1a is generated proportional to the active component of the stator current. The signal I 1a is fed to the input of the aperiodic link 7 with a time constant T, the output of which is fed to the input of the static converter 4 and to the input of the first static nonlinear converter 5, the characteristic of which is shown in FIG. 3. The output of the first static non-linear converter 5 is connected to the second input of the first adder 1. The signal at the output of the first static non-linear converter 5 changes its sign from plus to minus when the signal proportional to the active component of the stator current exceeds its nominal value. The output of the static Converter 4 is connected to the second input of the second adder 3.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Положительная обратная связь по активной составляющей тока статора корректирует одновременно сигнал канала напряжения и сигнал канала частоты. По мере увеличения момента статической нагрузки асинхронного двигателя 11 и соответствующего увеличения тока статора на вход второго сумматора 3 поступает дополнительный сигнал u4, увеличивающий сигнал uu, определяющий значение напряжения на выходе преобразователя частоты, этот дополнительный сигнал формируется с задержкой времени, определенной постоянной времени апериодического звена. Связь между u4 и I1a определяется следующим образом:Positive feedback on the active component of the stator current corrects both the voltage channel signal and the frequency channel signal. As the moment of static load of the asynchronous motor 11 increases and the stator current increases correspondingly, an additional signal u 4 arrives at the input of the second adder 3, increasing the signal u u determining the voltage value at the output of the frequency converter, this additional signal is generated with a time delay determined by the aperiodic time constant link. The relationship between u 4 and I 1a is defined as follows:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

где u4 - выходной сигнал статического преобразователя 4; uu - входной сигнал преобразователя частоты и напряжения 6, определяющий значение напряжения на выходе; k4 - коэффициент усиления статического преобразователя 4, k0 - коэффициент усиления функционального преобразователя 1, uy - сигнал задания, I1a - активная составляющая тока статора, ТР - постоянная времени апериодического звена.where u 4 is the output signal of the static Converter 4; u u is the input signal of the frequency and voltage converter 6, which determines the value of the output voltage; k 4 is the gain of the static converter 4, k 0 is the gain of the functional converter 1, u y is the reference signal, I 1a is the active component of the stator current, T P is the time constant of the aperiodic link.

В итоге по мере увеличения тока статора увеличивается напряжение на выходе преобразователя частоты 6 не мгновенно, а через время, определенное характеристиками апериодического звена. Повышение напряжения на обмотках статора асинхронного двигателя 11 способствует полной компенсации падения напряжения на полном их сопротивлении и, в результате, увеличению потока намагничивания асинхронного двигателя 1. Чем больше k4 и k5, тем точнее работает коррекция. Предел увеличения коэффициентов k4 и k5 определяется условиями устойчивости замкнутой системы управления, которые допускают значительно большие значения коэффициентов k4 и k5, чем в устройстве-прототипе.As a result, as the stator current increases, the voltage at the output of the frequency converter 6 increases not instantly, but after a time determined by the characteristics of the aperiodic link. Increasing the voltage across the stator windings of the induction motor 11 helps to completely compensate for the voltage drop at their full resistance and, as a result, increases the magnetization flux of the asynchronous motor 1. The larger k 4 and k 5 , the more accurate the correction. The limit of increase of the coefficients k 4 and k 5 is determined by the stability conditions of the closed-loop control system, which allow significantly larger values of the coefficients k 4 and k 5 than in the prototype device.

В прототипе при превышении активной составляющей тока статора своего номинального значения, но когда еще ток статора не превышает своего допустимого значения, меняется знак обратной связи в канале регулирования частоты. При этом происходит снижение токов статора и ротора, снижаются потери в двигателе и сохраняется работоспособность привода. Однако эффективная работы этих связей нарушает устойчивость электропривода. Введение в эту связь апериодического звена первого порядка позволяет обеспечить устойчивость электропривода при необходимом значении коэффициентов k4 и k5.In the prototype, when the active component of the stator current exceeds its nominal value, but when the stator current does not exceed its allowable value, the feedback sign in the frequency control channel changes. In this case, the stator and rotor currents decrease, the losses in the motor are reduced, and the drive remains operational. However, the effective operation of these connections violates the stability of the electric drive. The introduction of the first-order aperiodic link into this relationship makes it possible to ensure the stability of the electric drive with the necessary values of the coefficients k 4 and k 5 .

Устойчивость системы с положительной обратной связью подтверждается математическим моделированием и аналитическими расчетами. На фиг. 2 представлена упрощенная структурная схема электропривода с положительной обратной связью по току. Если исходная схема имеет достаточный запас устойчивости, то в процессах отсутствует колебательность. При набросе нагрузки в системе возникает большая ошибка по скорости (диаграмма 1, фиг. 3). Безынерционная ПОС компенсирует ошибки, но ухудшает устойчивость (диаграмма 2, фиг. 3), введение фильтра первого порядка в ПОС возвращает качество переходных процессов и сохраняет компенсацию ошибки (диаграмма 3 фиг. 3)The stability of the system with positive feedback is confirmed by mathematical modeling and analytical calculations. In FIG. 2 shows a simplified block diagram of an electric drive with positive current feedback. If the initial circuit has a sufficient margin of stability, then there is no oscillation in the processes. When loading the load in the system, a large error occurs in speed (diagram 1, Fig. 3). The inertialess PIC compensates for errors, but worsens stability (diagram 2, Fig. 3), the introduction of a first-order filter in the PIC returns the quality of transients and retains error compensation (diagram 3 of Fig. 3)

Если исходная система колебательная (диаграмма 1, фиг. 4), то безынерционная ПОС приводит к асимптотической неустойчивости (диаграмма 2, фиг. 4), а введение фильтра первого порядка - к расходящимся колебаниям (диаграмма 3, фиг. 4), причем результат мало зависит от его параметров. Только введение в ПОС фильтра второго порядка возвращает системе устойчивость (диаграмма 4, фиг. 4).If the initial system is oscillatory (diagram 1, Fig. 4), then the inertialess POS leads to asymptotic instability (diagram 2, Fig. 4), and the introduction of a first-order filter leads to diverging oscillations (diagram 3, Fig. 4), and the result is small depends on its parameters. Only an introduction to the PIC of a second-order filter returns stability to the system (diagram 4, Fig. 4).

Приведенные результаты показывают принципиальную возможность и перспективу коррекции динамики САУ положительными обратными связями, в том числе, и исходных колебательных структур. При этом реализовать такую связь значительно проще, чем провести декомпозицию контуров отрицательными обратными связями.The above results show the fundamental possibility and prospect of correcting the dynamics of self-propelled guns by positive feedbacks, including the initial vibrational structures. At the same time, it is much easier to implement such a connection than to decompose the circuits with negative feedbacks.

Анализ приведенной выше структуры позволяет пояснить механизмы взаимодействия обратных связей - положительной (ПОС) и отрицательной (ООС).An analysis of the above structure allows us to explain the mechanisms of interaction of feedbacks - positive (POS) and negative (OOS).

Исходную схему электропривода с положительной обратной связью по току путем преобразований можно представить в виде, изображенном на фиг. 5.The initial drive circuit with positive current feedback by transformations can be represented in the form depicted in FIG. 5.

W1 - аналог цепей статора, звено, как правило, близкое к инерционному с частотой среза от 100 до 1000 рад/с. W2 - звено, близкое к интегрирующему, описывающее связь между токами статора и угловой скоростью вращения вала (в АД в этом звене присутствует нелинейный компонент), отрицательная обратная связь ООС - это связь по ЭДС двигателя WX - подбираемое корректирующее звено с ПОС.W 1 is an analog of the stator circuits, the link is usually close to the inertial one with a cutoff frequency of 100 to 1000 rad / s. W 2 is a link close to the integrating one that describes the relationship between stator currents and the angular speed of rotation of the shaft (a nonlinear component is present in the HELL), the negative feedback of the OOS is the EMF coupling of the motor; W X is the selected corrective link with the PIC.

Частотная характеристика системы электропривода без ПОС представлена на фиг. 6.The frequency response of the non-PIC drive system is shown in FIG. 6.

Если ТД звена

Figure 00000004
и ТЯ звена
Figure 00000005
близки, то система будет колебательной, если ТД и ТЯ отдалены друг от друга, то процессы - монотонны.If T D link
Figure 00000004
and T I link
Figure 00000005
are close, then the system will be oscillatory, if T D and T I are distant from each other, then the processes are monotonous.

При этом ЛЧХ и ФЧХ в зоне малых частот отражают работу ЭДС в приводе, а в зоне больших - ПОС компенсирует статическую ошибку как показано выше, но нарушает устойчивость системы. Для удобства преобразований это явление образуется в виде структурной схемы электропривода с положительной обратной связью по току (фиг. 7).In this case, the LF and PFC in the low-frequency zone reflect the operation of the EMF in the drive, and in the high-frequency zone, the POS compensates for the static error as shown above, but violates the stability of the system. For the convenience of transformations, this phenomenon is formed in the form of a block diagram of an electric drive with positive current feedback (Fig. 7).

Здесь W1(2) - звено с характеристиками, представленными на фиг. 2; WX·-(-1) - звено с АЧХ такой же звено, как и WX·(-1). φX(-1)=-φX+180.Here W 1 (2) is the link with the characteristics shown in FIG. 2; W X · - (- 1) - the link with the frequency response of the same link as W X · (-1). φ X (-1) = -φ X +180.

Устойчивость структуры, приведенной на фиг. 5, определяется по критерию Найквиста - на частоте, на которой АЧХ звеньев будет звонить [W1(2)·WX], будет равна единице, суммарная фаза звеньев.The stability of the structure shown in FIG. 5, is determined by the Nyquist criterion - at the frequency at which the frequency response of the links will ring [W 1 (2) · W X ], it will be equal to unity, the total phase of the links.

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Рассмотрим варианты WX, использованные при моделировании.Consider the options W X used in the simulation.

A. WX=k. Частотные характеристики системы электропривода с положительной обратной связью по току приведены на фиг. 8.A. W X = k. The frequency characteristics of the positive current feedback electric drive system are shown in FIG. 8.

Очевидно из характеристик, что условия «+» всегда будут выполняться в зоне ωС1 и никогда - в зоне ωС2, т.к. φ1(2)>0 в зоне ωC1 и φ1(2)<0 в зоне ωC2, а φX=0 всегда. То есть, ПОС компенсирует действие противо-ЭДС, что отражается в улучшении статики, но приводит к неустойчивости из-за процессов в статорной цепи.It is obvious from the characteristics that the “+” conditions will always be fulfilled in the zone ω C1 and never in the zone ω C2 , because φ 1 (2) > 0 in the zone ω C1 and φ 1 (2) <0 in the zone ω C2 , and φ X = 0 always. That is, the PIC compensates for the effect of the counter-EMF, which is reflected in the improvement of statics, but leads to instability due to processes in the stator circuit.

Б.

Figure 00000008
- инерционное звено первого порядка. Частотные характеристики электропривода с положительной обратной связью по току приведены на фиг. 9.B.
Figure 00000008
- an inertial link of the first order. The frequency characteristics of the drive with positive current feedback are shown in FIG. 9.

Частота среза ωC1 не меняется, как и частотные характеристики вблизи нее, а на высоких частотах происходят существенные изменения: ωC2 уменьшается, а фаза звена в ПОС становится отрицательной и при определенных условиях вполне может стать такой, что выполнится условие «+».The cutoff frequency ω C1 does not change, as well as the frequency characteristics near it, and significant changes occur at high frequencies: ω C2 decreases, and the phase of the link in the PIC becomes negative and under certain conditions it may well become such that the “+” condition is fulfilled.

Все вышеизложенное подтверждает, что правильно выбранная ПОС позволяет не только компенсировать ошибку в статике, но и скорректировать динамику - устранить колебательность, вызванную противо-ЭДС и улучшить быстродействие, так как корректируются низкочастотные области частотной характеристики привода.All of the above confirms that the correctly selected PIC allows not only to compensate for the error in the statics, but also to correct the dynamics - eliminate the oscillation caused by the counter-EMF and improve performance, as low-frequency regions of the frequency response of the drive are corrected.

Динамическое звено, корректирующее положительную обратную связь по току статора асинхронного двигателя, обеспечивает технический результат полезной модели, так как увеличивает амплитуду напряжения на статоре двигателя до таких значений, которые при больших нагрузках (до полуторакратного номинального момента электродвигателя) обеспечивает погрешность в поддержании скорости вращения асинхронного электродвигателя не выше 2-3%, при сохранении устойчивости системы электропривода с положительной обратной связью по току.The dynamic link, which corrects the positive feedback of the stator current of an induction motor, provides the technical result of the utility model, since it increases the voltage amplitude at the motor stator to such values that at high loads (up to one and a half times the rated motor torque) provides an error in maintaining the speed of rotation of the induction motor no more than 2-3%, while maintaining the stability of the electric drive system with positive current feedback.

Claims (1)

Устройство управления асинхронным двигателем, содержащее асинхронный двигатель и преобразователь частоты и напряжения, управляющие входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго сумматоров, первый вход первого сумматора соединен с источником сигнала задания, а второй вход - с выходом первого статического нелинейного преобразователя, первый вход второго сумматора соединен с функциональным преобразователем, вход которого соединен с источником сигнала задания, а второй вход - с выходом статического преобразователя, а также датчики тока статорной обмотки двигателя, выходы которых соединены с первым и вторым входами функционального преобразователя тока, отличающегося тем, что первый выход функционального преобразователя тока, соответствующий положительной обратной связи по току статора, соединен с входом апериодического звена первого порядка, выход которого соединен с входом статического преобразователя и с входом первого статического нелинейного преобразователя. An asynchronous motor control device comprising an asynchronous motor and a frequency and voltage converter, the control inputs of which are connected respectively to the outputs of the first and second adders, the first input of the first adder is connected to the reference signal source, and the second input to the output of the first static non-linear converter, the first input of the second the adder is connected to a functional converter, the input of which is connected to the source of the reference signal, and the second input is connected to the output of the static converter I, as well as current sensors of the stator winding of the motor, the outputs of which are connected to the first and second inputs of the functional current transducer, characterized in that the first output of the functional current transducer corresponding to positive feedback on the stator current is connected to the input of the aperiodic first-order link, the output of which connected to the input of the static converter and to the input of the first static nonlinear converter.
RU2014151549/07A 2015-11-17 2015-11-17 Device for frequency control over asynchronous electric drive RU2599529C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014151549/07A RU2599529C1 (en) 2015-11-17 2015-11-17 Device for frequency control over asynchronous electric drive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014151549/07A RU2599529C1 (en) 2015-11-17 2015-11-17 Device for frequency control over asynchronous electric drive

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2599529C1 true RU2599529C1 (en) 2016-10-10

Family

ID=57127730

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014151549/07A RU2599529C1 (en) 2015-11-17 2015-11-17 Device for frequency control over asynchronous electric drive

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2599529C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2660460C1 (en) * 2017-06-16 2018-07-06 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" Device for frequency control over asynchronous electric drive

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1463344A1 (en) * 1964-03-13 1969-03-27 Licentia Gmbh Arrangement for operating an asynchronous motor
SU716125A1 (en) * 1978-07-28 1980-02-15 Пермский политехнический институт Freqyency-controllable induction electric drive
US4451771A (en) * 1982-01-18 1984-05-29 Hitachi, Ltd. Apparatus for controlling AC motor
SU1164851A1 (en) * 1982-11-26 1985-06-30 Московский Ордена Трудового Красного Знамени Горный Институт Versions of method and device for controlling induction drive
US4581569A (en) * 1982-11-02 1986-04-08 Fanuc Limited AC motor control apparatus
RU2412526C1 (en) * 2010-03-09 2011-02-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" Variable-frequency control device of asynchronous electric motor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1463344A1 (en) * 1964-03-13 1969-03-27 Licentia Gmbh Arrangement for operating an asynchronous motor
SU716125A1 (en) * 1978-07-28 1980-02-15 Пермский политехнический институт Freqyency-controllable induction electric drive
US4451771A (en) * 1982-01-18 1984-05-29 Hitachi, Ltd. Apparatus for controlling AC motor
US4581569A (en) * 1982-11-02 1986-04-08 Fanuc Limited AC motor control apparatus
SU1164851A1 (en) * 1982-11-26 1985-06-30 Московский Ордена Трудового Красного Знамени Горный Институт Versions of method and device for controlling induction drive
RU2412526C1 (en) * 2010-03-09 2011-02-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" Variable-frequency control device of asynchronous electric motor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2660460C1 (en) * 2017-06-16 2018-07-06 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" Device for frequency control over asynchronous electric drive

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2392732C1 (en) Device for control of asynchronous motor vector, method for control of asynchronous motor vector and device for control of asynchronous motor drive
US20150101421A1 (en) Dynamometer system
US8558490B2 (en) Estimation of actual torque in an electrical motor drive
CN104932250B (en) A kind of new PI controller architectures and its parameter tuning method
EP2865889B1 (en) Damping of wind turbine drive train oscillations
EP2487784B1 (en) Method and system for controlling a DC link voltage of a power converter connecting an electric generator of a wind turbine with a power grid
JP6274377B1 (en) Electric power steering device
US10103674B2 (en) Drive control apparatus for multiple-winding motor
JP6222411B2 (en) Electric power steering device
US9457467B2 (en) Control device, control method and control program
CN104300864A (en) Decoupling control method for permanent magnet synchronous motor
US20090195200A1 (en) Electric motor drive system and electric motor control method
JP6809958B2 (en) Electric motor control device
RU2599529C1 (en) Device for frequency control over asynchronous electric drive
US8816619B2 (en) Motor control system for a hoist drive
WO2020194637A1 (en) Control method and control device for electric vehicle
JP2008079478A (en) Servo control device and speed follow-up control method thereof
JPH08107690A (en) Controller for motor
KR102621423B1 (en) Motor drive device and outdoor unit of air conditioner using it
JP5850179B2 (en) Motor control device and motor control method
US11711039B2 (en) Motor drive apparatus
WO2010116769A1 (en) Rotating electric machine control device
RU2446552C2 (en) Device for automatic control of electromechanical system with viscoelastic kinematic link
RU2589718C1 (en) System for automatic control of rotor
JP2008306801A (en) Controller of permanent magnet motor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171118