SU1653122A1 - Method for asynchronous motor control by pulse-frequency voltage control - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано дл  регулировани  частоты вращени  асинхронного электродвигател  с переменным моментом нагрузки. Целью изобретени   вл етс  улучшение энергетических показателей путем снижени  потерь электроэнергии. Устройство дл  реализации способа содержит эа- датчик 9 частоты, блок 10 формировани  модулирующего напр жени , узел 11 блокировки, блок 12 фазосмещени  и распределени  управл ющих импульсов , датчики 13 напр жени , выпр митель 14, управл емый ключ 15, амплитудный детектор 16, одновибратор 17, элемент 18 задержки, функциональный преобразователь 20 и регул тор 21. Регулирование двигател  осуществл етс  за счет регулировани  напр жени  на основе информации об амплитуде результирующего вектора напр жени  на статоре двигател  во врем  полной бестоковой паузы в фазах статора . Определение сигнала обратной св зи как максимального значени  выпр мленного напр жени  обеспечивает „ высокую точность измерени  модул  ЭДС и регулировани  двигател . 2 ил. А в Ј (Л Юиг.1The invention relates to electrical engineering and can be used to control the frequency of rotation of an asynchronous motor with a variable load torque. The aim of the invention is to improve the energy performance by reducing energy losses. A device for implementing the method comprises an emitter 9 frequency generator, a modulating voltage shaping unit 10, a blocking unit 11, a phase shifting and distribution unit 12 of control pulses, voltage sensors 13, a rectifier 14, a control key 15, an amplitude detector 16, a single vibrator 17, a delay element 18, a functional converter 20, and a regulator 21. The motor is regulated by adjusting the voltage based on the amplitude information of the resulting voltage vector on the motor stator during full operation. current pause in the stator phases. Determining the feedback signal as the maximum value of the rectified voltage provides a high accuracy of measurement of the EMF module and the motor control. 2 Il. And in Ј (L Yuig.1

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано дл  регулировани  частоты вращени  асинхронного электродвигател  с переменным моментом нагрузки.The invention relates to electrical engineering and can be used to control the frequency of rotation of an asynchronous motor with a variable load torque.

Цель изобретени  - улучшение энергетических показателей путем снижени  потерь электроэнергии.The purpose of the invention is to improve the energy performance by reducing power losses.

На фиг.1 приведена структурна  схема устройства, реализующего способ управлени  электродвигателем; на фиг.2 - временные диаграммы, по сн ющие его работу.Figure 1 shows a block diagram of a device that implements a method of controlling an electric motor; 2 shows timing diagrams for his work.

Устройство дл  реализации способа управлени  асинхронным электродвигателем 1 содержит преобразователь 2 переменного напр жени , выполненный в виде встречно-параллельно соединенных тиристоров 3-8, включенных между зажимами статорных обмоток электродвигател  1 и зажимами дл  подключени  питающей сети, последовательно соединенные между собой за- датчик 9 частоты, блок 10 формировани  модулирующего напр жени , узел 11 блокировки и блок 12 фазосмеще- ни  и распределени  управл ющих импульсов, выходы которого подключены к управл ющим электродам тиристоров 3-8 преобразовател  2 переменного напр жени , а также датчики 13 напр жени  на статоре электродвигател  1, выпр митель 14, управл емый ключ 15, амплитудный детектор 16, од новибратор 17, элемент 18 задержки, узел 19 суммировани , функциональный преобразователь 20, регул тор 21. Датчики 13 напр жени  входами подключены к фазам статора асинхронного электродвигател  1, а выходами к входам выпр мител  14. Выход выпр мител  14 через управл емый ключ 15 соединен с входом амплитудного детектора 16, вход управлени  которого подключен к выходу одновибратора 17. Вход одновибратора 17 соединен с входом управлени  управл емого ключа 15 и выходом элемента 18 задержки . Вход элемента 18 задержки подключен к выходу блока 10 формировани  модулирующего напр жени . Выход амплитудного детектора 16 соединен с первым входом узла 19 суммировани , второй вход которого соединен с выходом функционального преобразовател  20, входом подключенного к выходу задатчика 9 частотьь Выход узла 19 суммировани  через регул тор 21A device for implementing the method of controlling an asynchronous electric motor 1 comprises an alternating voltage converter 2, made in the form of anti-parallel connected thyristors 3-8 connected between the terminals of the stator windings of the electric motor 1 and the terminals for connecting the power supply, which are connected in series with each other 9 frequency sensor , a modulating voltage shaping unit 10, a blocking unit 11 and a phase shifting and distribution unit 12 of control pulses, the outputs of which are connected to the control electr Odam thyristors 3-8 variable voltage converter 2, as well as voltage sensors 13 on the stator of electric motor 1, rectifier 14, control key 15, amplitude detector 16, one novibrator 17, delay element 18, summation node 19, functional converter 20 regulator 21. The voltage sensors 13 are connected by inputs to the stator phases of an induction motor 1, and the outputs to the inputs of the rectifier 14. The output of the rectifier 14 is connected to the amplitude detector 16, the control input of which is connected to the output 17. Sign dnovibratora monostable 17 is connected to the control input of the controllable switch 15 and the output of the delay element 18. The input of the delay element 18 is connected to the output of the modulating voltage shaping unit 10. The output of the amplitude detector 16 is connected to the first input of the summation unit 19, the second input of which is connected to the output of the function converter 20, the input connected to the output of the unit 9, the frequency of the output of the summation unit 19 through the regulator 21

00

5five

00

5five

00

5five

00

5five

00

5five

подключен к второму входу блока 12 фазосмещени  и распределени  управл ющих импульсов, первый вход которого соединен с вькодом узла 11 блокировки .connected to the second input of the unit 12 for phase shifting and distribution of control pulses, the first input of which is connected to the code of node 11 of blocking.

На фиг.2 сигналы управлени  тиристорами 3-8 обозначены соответственно как Т -Tg . Момент времени tj соответствует началу бестоковой паузы. Момент времени t соответствует началу интервала определени  сигнала обратной св зи по ЭДС в бестоковой паузе„ Момент времени t соответствует началу интервала времени, в течение которого разрешено поступление отпирающих импульсов на управл ющие электроды тиристоров 3-8 . Момент времени t4 соответствует окончанию бестоковой паузы (в фазах статора электродвигател  1 начинает протекать электрический ток).In FIG. 2, the thyristor control signals 3-8 are labeled T -Tg respectively. Time tj corresponds to the beginning of the dead time. The time t corresponds to the beginning of the interval for determining the feedback signal from the EMF in the dead time. The time t corresponds to the beginning of the time interval during which the trigger pulses are allowed to the control electrodes of the thyristors 3-8. Time t4 corresponds to the end of the dead time (in the stator phases of the electric motor 1 an electric current begins to flow).

Устройство дл  реализации способа управлени  электродвигателем работает следующим образомВ соответствии с сигналом эадатчика 9 частоты блоком 10 формировани  модулирующего напр жени  формируютс  временные интервалы включенного и отключенного состо ний преобразовател  2 переменного напр жени  (сигнал U10 , фиг.2). Под действием сигнала 11ЛО узел 1 1 блокировки разрешает (сигнал равен 1) или блокирует (сигнал U рааен О) прохождение управл ющих импульсов с выхода блока 12 фазосмещени  и распределени  управл ющих импульсов на тиристоры 3-8 преобразовател  2. Частота вращени  асинхронного двигател  1 определ етс  частотой СОП основной гармонической составл ющей выходного напр жени  преобразовател  2.The device for implementing the motor control method operates as follows. In accordance with the signal of the frequency sensor 9 by the modulating voltage generating unit 10, the time intervals for the on and off states of the variable voltage converter 2 are formed (signal U10, Fig. 2). Under the action of the 11LO signal, the blocking node 1 1 allows (the signal is 1) or blocks (the U signal is O) the passage of control pulses from the output of the phase shifting and control pulse distribution unit 12 to the thyristors 3-8 of the converter 2. The rotation frequency of the asynchronous motor 1 is determined The frequency of the SOP is the main harmonic component of the output voltage of the converter 2.

Величина частоты (0, определ етс  выражениемFrequency value (0, determined by

и.-ЧгН I.-ChGN

где (J) - кругова частота питающейwhere (J) is the circular frequency feed

сети;networks;

1 - натуральное число, Функциональный преобразователь 20 с линейной характеристикой вход- выход на основании сигнала U. задатчика 9 частоты формирует на своем выходе сигнал U2o задани  модул  ЭДС электродвигател  1. Измерительный орган , состо щий из датчик 13 напр жени , выпр мител  14, управл емого1 is a natural number. A functional input converter 20 with a linear input-output characteristic based on the signal U. The frequency adjuster 9 generates at its output a signal U2o for setting the EMF module of the electric motor 1. The measuring element consisting of a voltage sensor 13, the rectifier 14, is controlled ted

ключа 15, амплитудного детектора 16, одновибратора 17 и элемента 18 задержки , позвол ет определ ть амплитудное значение выпр мленной ЭДС электродвигател  1 в течение бестоковых пауз выходного напр жени  преобразовател  2 и запоминать его на врем  протекани  тока в статоре электродвигател . Это амплитудное значение пропорционально модулю результирующего вектора ЭДС электродвигател . Дл  этого трехфазное напр жение статора ILThe key 15, the amplitude detector 16, the one-shot 17 and the delay element 18, allows you to determine the amplitude value of the rectified EMF of the electric motor 1 during the empty pauses of the output voltage of the converter 2 and store it during the current flow in the stator of the electric motor. This amplitude value is proportional to the modulus of the resulting vector EMF of the electric motor. For this, the three-phase stator voltage IL

UL , Uc поступаДлительность единичного значени  сигнала U17 выбираетс  достаточной дл  полного (до нулевого значени ) сброса элемента пам ти (запомиUL, Uc, the access time of a single value of the signal U17 is chosen sufficient for a complete (to zero value) reset of the memory element (remember

ет на датчик 13 напр жени  (однофаз- нающего конденсатора) амплитудногоem is on the voltage sensor 13 (single-phase capacitor) amplitude

ные трансформаторы, включенные на фазные напр жени  статорных обмоток электродвигател  1), выпр мл етс  выпр мителем 14, на выходе которого напр жение U соответствует выпр мленному напр жению статора асинхронного электродвигател , включающему участки ЭДС статора во врем  бестоковых пауз (фиг.2)0These transformers connected to the phase voltages of the stator windings of the electric motor 1) are rectified by a rectifier 14, at the output of which the voltage U corresponds to the rectified voltage of the stator of the asynchronous electric motor including the sections of the electromotive voltage of the stator during dead time (Fig.2) 0

Выделение величины ЭДС статора производитс  управл емым ключом 15, который управл етс  сигналом с выхода элемента 18 задержки. Элемент 18 задержки осуществл ет фазовый сдвиг заднего фронта 1/0 сигнала U10 на интервал Т,/6, где Т , - период напр жени  питающей сети Единичное значение сигнала управлени  соответствует разомкнутому состо нию управл емого ключа 15 (фиг,1), а нулевое значение сигнала - замкнутому состо нию управл емого ключа 15. Величина Л времени задержки зависит от характера нагрузки (соотношени  активного и индуктивного сопротивлений) и выбираетс  так, чтобы исключить запоминание амплитудным детектором 16 импульсов напр жени  питающей сети и обеспечить достодетектора 16, Полученное напр жение U,(фиг,2) с выхода амплитудного де тектора 16 подаетс  на узел 19 суммировани , где сравниваетс  с напрThe selection of the EMF value of the stator is made by the control key 15, which is controlled by a signal from the output of the delay element 18. The delay element 18 carries out a phase shift of the falling edge 1/0 of the signal U10 by the interval T, / 6, where T, is the period of the supply voltage. The single value of the control signal corresponds to the open state of the controlled key 15 (Fig. 1), and zero the signal value is the closed state of the key 15. The L delay time depends on the nature of the load (the ratio of active and inductive resistances) and is chosen so as to prevent the amplitude detector from storing 16 voltage pulses of the power supply and ensuring To reach the detector 16, the received voltage U, (FIG. 2) from the output of the amplitude detector 16 is fed to the summation node 19, where it is compared with the voltage

20 жением U20 задани  модул  ЭДС двига тел . Полученное рассогласование (Uzo Uig ) поступает на вход регул  тора 21, который воздействует на блок 1 2 фазосмещени  и распределени  упраOn the 20th of U20, the task of the EMF engine The resulting mismatch (Uzo Uig) is fed to the input of the controller 21, which acts on the block 1 2 of the phase displacement and distribution

25 л ющих импульсов (на фазу углов управлени  тиристорами 3-8) так, чтоб уменьшить рассогласование до минимума и, следовательно, стабилизировать значение модул  ЭДС при заданЗо ной выходной частоте преобразовател 2. Така  система стабилизации ЭДС обеспечивает поддержание посто нног значени  потока асинхронного электр двигател  1, так как напр жение задани  модул  ЭДС, формируемое функциональным преобразователем 20, про порционально частоте основной гармонической составл ющей напр жени , питающего двигатель 1,25 pulses (per phase of thyristor control angles 3-8) so as to reduce the mismatch to a minimum and, therefore, stabilize the value of the EMF module at a given Output frequency of the converter 2. This stabilization system of the EMF maintains a constant value of the current of the asynchronous electric motor 1, since the voltage setting of the EMF module generated by the functional converter 20 is proportional to the frequency of the main harmonic component of the voltage feeding the motor 1,

Перегрузочна  способность привод обеспечиваетс  за счет стабилизации модул  результирующего вектора ЭДС (а значит, и потока), определ емого на основании измерени  амплитуды реThe overload capacity of the drive is ensured by stabilizing the modulus of the resulting vector of the EMF (and hence the flux), determined on the basis of measuring the amplitude of the re

3535

4040

мирует короткий единичный импульс Uj, по фронту 1/0 сигнала . С помощью этого сигнала U17 , поступающего на вход управлени  амплитудного детектора 16, осуществл етс  сброс предыдущего максимального значени  ЭДС статора электродвигател  1 перед новым циклом формировани  сигнала обратной св зи.ping a short single pulse Uj, on the front of the 1/0 signal. Using this signal U17, which enters the control input of the amplitude detector 16, resets the previous maximum value of the electromotive force of the stator of the electric motor 1 before the new feedback signal generation cycle.

Длительность единичного значени  сигнала U17 выбираетс  достаточной дл  полного (до нулевого значени ) сброса элемента пам ти (запоминающего конденсатора) амплитудногоThe duration of a single value of the signal U17 is chosen sufficient for a full (up to zero) reset of the memory element (storage capacitor) of the amplitude

детектора 16, Полученное напр жение U,(фиг,2) с выхода амплитудного детектора 16 подаетс  на узел 19 суммировани , где сравниваетс  с напр жением U20 задани  модул  ЭДС двигател . Полученное рассогласование (Uzo Uig ) поступает на вход регул тора 21, который воздействует на блок 1 2 фазосмещени  и распределени  управл ющих импульсов (на фазу углов управлени  тиристорами 3-8) так, чтобы уменьшить рассогласование до минимума и, следовательно, стабилизировать значение модул  ЭДС при заданной выходной частоте преобразовател  2. Така  система стабилизации ЭДС обеспечивает поддержание посто нного значени  потока асинхронного электродвигател  1, так как напр жение задани  модул  ЭДС, формируемое функ циональным преобразователем 20, пропорционально частоте основной гармонической составл ющей напр жени , -. питающего двигатель 1,detector 16, the resulting voltage U, (FIG. 2) from the output of the amplitude detector 16 is fed to summation node 19, where it is compared with the voltage U20 of the setting of the motor EMF module. The resulting mismatch (Uzo Uig) is fed to the input of the controller 21, which acts on the block 1 2 of phase shifting and distribution of control pulses (on the phase of the thyristor control angles 3-8) so as to reduce the mismatch to a minimum and, therefore, stabilize the value of the EMF module at a given output frequency of the converter 2. Such a system for stabilizing the EMF ensures the maintenance of a constant value of the flux of the asynchronous electric motor 1, since the voltage for setting the EMF module generated by the functional converter 20, proportional to the frequency of the fundamental harmonic component of the voltage, -. engine power 1,

Перегрузочна  способность привода обеспечиваетс  за счет стабилизации модул  результирующего вектора ЭДС (а значит, и потока), определ емого на основании измерени  амплитуды реThe overload capacity of the drive is ensured by stabilizing the modulus of the resulting vector of the EMF (and hence the flux), determined on the basis of measuring the amplitude of

верное определение амплитуды выпр ми- 45 зультирующего вектора напр жени  наthe correct determination of the amplitude of the rectifying voltage vector

тельной ЭДС во всбх режимах работы электропривода.body EMF in all modes of operation of the drive.

Таким образом, нулевой уровень сигнала U.« соответствует бестоковой паузе во всех трех фазах выходного напр жени  преобразовател  2, во врем  которой на вход амплитудного детектора 16 через ключ 15 поступает выпр мленна  ЭДС статора, амплитудное значение которой сохран етс  и после размыкани  управл емого ключа 15 в течение периода протекани  тока в статоре двигател  (сигнал U на фиг.2)„ Одновибратор 17 на выходе форстаторе двигател  1 во врем  полной бестоковой паузы в фазах статора. Таким образом, обеспечиваетс  существенное улучшение энергетических пока- 0 эателей асинхронного электропривода с частотно-импульсным управлением, работающего в режиме переменной нагрузки .Thus, the zero level of the signal U. "corresponds to a current-free pause in all three phases of the output voltage of the converter 2, during which the input of the amplitude detector 16 through the switch 15 receives the rectified stator emf, the amplitude value of which is maintained even after opening the controlled key 15 during the period of current flow in the stator of the motor (signal U in FIG. 2) “One-shot 17 at the output of the forstator of the motor 1 during a total dead time in the stator phases. Thus, a significant improvement in the energy performance of an asynchronous frequency-controlled electric frequency drive operating in a variable load mode is provided.

Использование дл  определени  ЭДС двигател  информации о напр жении на статоре во врем  полной бестоковой паузы позвол ет реализовать автоматическую систему регулировани  напр жени  самыми простыми средствами,The use of information on the voltage on the stator to determine the EMF of the motor during the full dead time allows the automatic voltage control system to be implemented by the simplest means

5five

Claims (1)

в частности без применени  датчиков тока статора двигател . Определение сигнала обратной св зи как максимального значени  выпр мленного напр жени  во врем  полной бестоковой паузы обеспечивает высокую точность измерени  модул  ЭДС асинхронного двигател  и, следовательно, обеспечивает улучшение энергетических показателей асинхронного электропривода с частотно-импульсным управлением. Формула изобретени in particular, without the use of a motor stator current sensor. Determining the feedback signal as the maximum value of the rectified voltage during the total dead time provides a high accuracy of measurement of the EMF module of the induction motor and, therefore, improves the energy performance of an asynchronous electric drive with frequency-pulse control. Invention Formula Способ управлени  асинхронным электродвигателем с частотно-импульсным регулированием напр жени , при котором осуществл ют периодическое подключение фаз статорной обмоткиThe control method of an asynchronous motor with frequency-pulse voltage control, at which the stator winding phases are periodically connected электродвигател  к питающей сети, определ ют интервалы совпадени  бестоковых пауз в трех фазах статорной обмотки электродвигател , на указанных интервалах запоминают выпр мленное значение ЭДС, сравнивают его с заданным значением и в случае, если запомненное значение не равно заданному , на интервалах протекани  тока в фазах электродвигател  регулируют напр жени  питани  электродвигател  до устранени  указанного неравенства , отл ичающийс  тем, что, с целью улучшени  энергетических показателей путем снижени  потерь электроэнергии, на интервалах бестоковых пауз запоминают максимальное значение выпр мленной ЭДС.the motor to the mains, determine the intervals of dead-time pauses in the three phases of the stator winding of the motor, at the specified intervals remember the rectified EMF value, compare it with the specified value and, if the memorized value is not equal to the specified value regulate the voltage of the electric motor to eliminate this inequality, differing from the fact that, in order to improve the energy performance by reducing energy losses , on the intervals of dead time, remember the maximum value of the rectified EMF.