[go: up one dir, main page]

RU2014721C1 - Process of phase control over asynchronous motor with thyristor voltage regulator - Google Patents

Process of phase control over asynchronous motor with thyristor voltage regulator Download PDF

Info

Publication number
RU2014721C1
RU2014721C1 SU4887464A RU2014721C1 RU 2014721 C1 RU2014721 C1 RU 2014721C1 SU 4887464 A SU4887464 A SU 4887464A RU 2014721 C1 RU2014721 C1 RU 2014721C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
angle
motor
ctgφ
voltage
switching
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.С. Климаш
Original Assignee
Комсомольский-на-Амуре политехнический институт
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 Комсомольский-на-Амуре политехнический институт filed Critical Комсомольский-на-Амуре политехнический институт
Priority to SU4887464 priority Critical patent/RU2014721C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2014721C1 publication Critical patent/RU2014721C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

FIELD: electric motor drives. SUBSTANCE: salient feature of invention lies in control over angles of switching on and off of thyristors of fully controlled thyristor keys as function of ctgφ between current and voltage of stator of asynchronous motor. Positive signal of feedback proportional to ctgφ acts on switching-on angle and negative one - on switching-off angle so that stabilization of power factor, of asynchronous motor and its compensation both under motor and generator braking mode are provided. Most advantageous field of application of proposed process is asynchronous drive of vehicles of freight and passenger transport of continuous action working in lifting and lowering of freights under conditions of periodically changing load. EFFECT: improved operational characteristics and reliability. 3 dwg

Description

Изобретение относится к автоматизированному электроприводу переменного тока с тиристорным регулятором напряжения, а именно к автоматическому регулированию напряжения асинхронных двигателей, работающих в условиях периодически изменяющейся нагрузки, и может быть использовано в электроприводе механизмов непрерывного грузопассажирского транспорта (эскалаторов метро, конвейеров, канатных дорог и т.п.) для экономии электроэнергии. The invention relates to an automated AC electric drive with a thyristor voltage regulator, and in particular to automatic voltage regulation of asynchronous motors operating under conditions of periodically changing load, and can be used in the electric drive of continuous passenger and freight transport mechanisms (metro escalators, conveyors, cable cars, etc. .) to save electricity.

Известен ряд способов регулирования напряжения асинхронного двигателя, обеспечивающих рациональное энергопотребление. Все они сводятся к прямому или косвенному выявлению одного из пяти параметров асинхронного двигателя (скорости, скольжения, коэффициента мощности, КПД коэффициента статической перегружаемости) и построению системы стабилизации этого параметра для поддержания высоких значений коэффициентов мощности и полезного действия асинхронного двигателя при глубоком изменении нагрузки. There are a number of methods for regulating the voltage of an induction motor, providing rational energy consumption. They all boil down to the direct or indirect identification of one of the five parameters of an induction motor (speed, slip, power factor, efficiency of the coefficient of static overload) and the construction of a stabilization system for this parameter to maintain high values of power factors and the efficiency of the induction motor with a deep change in load.

Однако, независимо от того, по какому параметру осуществляется регулирование напряжения двигателя, эффективность потребления электроэнергии в двигательном режиме и эффективность генерации энергии в тормозных режимах работы асинхронной машины определяется прежде всего способом фазового регулирования переменного напряжения. However, regardless of which parameter the voltage of the motor is regulated, the efficiency of electric power consumption in the motor mode and the energy generation efficiency in the braking modes of the asynchronous machine is determined primarily by the method of phase regulation of AC voltage.

Известен способ регулирования переменного напряжения, выполненного в виде двух встречно-параллельно соединенных тиристоров, включенных в каждую фазу обмотки статора асинхронного двигателя и устройства реализации способа регулирования угла включения тиристоров, например, в функции скорости двигателя или в функции коэффициента мощности двигателя. A known method of regulating an alternating voltage, made in the form of two counter-parallel connected thyristors included in each phase of the stator winding of an induction motor and a device for implementing a method for controlling the turning angle of thyristors, for example, as a function of motor speed or as a function of motor power factor.

Недостатком данного способа является то, что при управлении двигательными режимами работы асинхронной машины, регулирование напряжения осуществляется с отстающим фазовым сдвигом первой гармоники относительно напряжения сети, а в режиме генераторного торможения с опережающим сдвигом первой гармоники, что снижает коэффициент мощности сети как в двигательном, так и в генераторном режимах работы асинхронного электропривода. The disadvantage of this method is that when controlling the motor operation modes of an asynchronous machine, voltage regulation is carried out with a lagging phase shift of the first harmonic relative to the mains voltage, and in generator braking mode with a leading shift of the first harmonic, which reduces the power factor of the network in both motor and in generator modes of operation of an asynchronous electric drive.

За прототип выбран способ регулирования напряжения углом включения α и углом выключения β тиристоров полностью управляемых тиристорных ключей с двухсторонней проводимостью, при котором углы коммутации тиристоров связаны выражением β= π - α . For the prototype, a method was chosen for regulating the voltage with the inclusion angle α and the rotation angle β of thyristors of fully controlled thyristor switches with two-sided conductivity, at which the switching angles of the thyristors are related by the expression β = π - α.

При данном способе обеспечивается регулирование напряжения питания асинхронного двигателя без сдвига первой гармоники относительно напряжения сети в процессе стабилизации угла φ двигателя при положительном и отрицательном скольжении, используя, например, систему регулирования с косвенным измерением скольжения через ток и напряжение статора. With this method, it is possible to control the supply voltage of an induction motor without shifting the first harmonic with respect to the mains voltage during stabilization of the angle φ of the motor with positive and negative slip, using, for example, a control system with indirect measurement of slip through the current and voltage of the stator.

В результате этого тиристорный ключ не ухудшает cos φ сети. Однако, он не улучшает его, так как при таком способе регулирования не достигается компенсация реактивной мощности сети. As a result, the thyristor switch does not degrade the cos φ of the network. However, it does not improve it, since with this method of regulation compensation of the reactive power of the network is not achieved.

Цель изобретения - улучшение коэффициента мощности сети. The purpose of the invention is to improve the power factor of the network.

Сущность изобретения заключается в том, что связь между углами включения α и выключения β тиристоров регулятора, связанных между собой выражением β= =π - α, устанавливают в режиме холостого хода двигателя, в котором значения углов , и α = αo, β = βo и αo < β фиксируют таким, что скорость двигателя сохраняется на уровне его номинального значения, а в двигательном режиме осуществляется изменением угла α в диапазоне от "+" αo до "-" β, и в генераторном режиме торможения изменением угла β в диапазоне от βo до π + αo , при этом изменение угла α производится в соответствии с рассогласованием сигналов, пропорциональных ctg φ и ctg φн1, а изменение угла β в соответствии с рассогласованием отрицательных сигналов, пропорциональных ctg φ и ctg φн2, где φ, φн1 и φн2 соответственно текущее значение угла между током и напряжением обмотки статора и его значения при положительном и отрицательном номинальном скольжении двигателя.The essence of the invention lies in the fact that the relationship between the angles of turning on α and turning off β of the thyristors of the controller, interconnected by the expression β = π - α, is set in the idle speed of the engine, in which the angles and α = α o , β = β o and α o <β are fixed so that the engine speed is maintained at its nominal value, and in the motor mode it is carried out by changing the angle α in the range from "+" α o to "-" β, and in the generator braking mode by changing the angle β in the range from β o to π + α o , while the angle α is changed in accordance with the mismatch of signals proportional to ctg φ and ctg φ n1 , and the change in angle β in accordance with the mismatch of negative signals proportional to ctg φ and ctg φ n2 , where φ, φ н1 and φ н2, respectively, the current value of the angle between the current and voltage of the winding stator and its values with positive and negative nominal slip of the motor.

На фиг. 1 изображена схема одного из возможных устройств, реализующих предлагаемый способ; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы двух вариантов способа при αo < π / 2 и αo > π / 2 радиан, которые иллюстрируют принцип действия способа при работе асинхронной машины соответственно в двигательном режиме (фиг. 2а и 3а), в режиме потребления реактивной мощности (фиг. 2б и 3б) и в генераторном режиме торможения (фиг. 2в и 3в).In FIG. 1 shows a diagram of one of the possible devices that implement the proposed method; in FIG. 2 and 3 are time diagrams of two variants of the method for α o <π / 2 and α o > π / 2 radians, which illustrate the principle of the method when the asynchronous machine operates in motor mode, respectively (Fig. 2a and 3a), in reactive mode power (Fig. 2b and 3b) and in the generator braking mode (Fig. 2c and 3c).

Устройство состоит из трехфазного тиристорного коммутатора 1, выполненного на трех однофазных полностью управляемых тиристорных ключах с двухсторонней проводимостью, системы импульсно-фазового управления тиристорами, состоящей из первого и второго блоков 2 и 3, формирующих соответственно импульсы с углом включения α и углом выключения β тиристоров полностью управляемых тиристорных ключей, двух элементов 4 и 5 сравнения, первого и второго диодов 6 и 7, двух однофазных трансформаторов 8 и 9 тока, датчика 10 котангенса угла между током и напряжением асинхронного двигателя 11. The device consists of a three-phase thyristor switch 1, made on three single-phase fully controlled thyristor switches with two-sided conductivity, a system of pulse-phase thyristor control, consisting of the first and second blocks 2 and 3, respectively forming pulses with an angle of on α and off angle β of the thyristors completely controlled thyristor keys, two comparison elements 4 and 5, first and second diodes 6 and 7, two single-phase current transformers 8 and 9, sensor 10 cotangent of the angle between current and voltage asynchronous motor 11.

Для реализации первого варианта способа на схеме (фиг. 1) связи между элементами 4 и 5 сравнения и блоками 2 и 3 системы управления показаны сплошными линиями, а для второго варианта - пунктирными. For the implementation of the first variant of the method in the diagram (Fig. 1), the connections between the comparison elements 4 and 5 and the control units 2 and 3 are shown by solid lines, and for the second variant, by dashed lines.

Принцип действия способа заключается в следующем. The principle of the method is as follows.

В режиме потребления асинхронным двигателем 11 реактивной мощности (фиг. 2б и 3б) углы коммутации связаны выражением β = π - α и соответственно равны α = αo и β = βo , при которых на двигатель 11 подается минимальное напряжение, близкое к нулю, с целью максимального снижения реактивной мощности. Этот режим возникает при переходе асинхронной машины из режима холостого хода в режим генераторного торможения, когда к валу двигателя 11 подводится механическая энергия Wо. Эта энергия поддерживает вращение машины со скоростью, близкой к скорости идеального холостого хода даже при минимальном напряжении, и создает возможность для снижения до минимума потребляемую из сети реактивную мощность.In the mode of consumption of reactive power by the asynchronous motor 11 (Fig. 2b and 3b), the switching angles are related by the expression β = π - α and, respectively, are equal to α = α o and β = β o , at which the minimum voltage close to zero is applied to the motor 11, in order to minimize reactive power. This mode occurs when the asynchronous machine switches from idle to generator braking, when mechanical energy W о is supplied to the shaft of the engine 11. This energy maintains the rotation of the machine at a speed close to the ideal idle speed even at minimum voltage, and creates the opportunity to reduce to a minimum the reactive power consumed from the network.

Изменение механической энергии на валу двигателя 11 в сторону уменьшения (увеличения) от значения Wо переводит машину в двигательный фиг. 2а, фиг. 3а (генераторный фиг. 2в и 3в) режим, при котором сигнал с датчика 10 обратной связи, пропорциональный котангенсу угла φ между током и напряжением двигателя 11 от значения, равного нулю (φ=π/2), возрастает и имеет положительный (отрицательный) знак, так как φ< π/2 (φ> π/2). Сигнал с датчика 10 обратной связи с положительным (отрицательным) знаком и пропорциональный ctg φ сравнивается на элементе 4 (элементе 5) сравнения с заданным значением ctg φн1 (ctg φн2), которые соответствуют отношению активной мощности к реактивной при номинальном положительном (отрицательном) скольжении машины, и результирующий сигнал, пропорциональный разности ctg φ-ctg φн1 (ctg φ-ctg φн2), в первом варианте способа подается на блок 2 (блок 3) системы управления углом включения α (углом выключения β) тиристоров полностью управляемых тиристорных ключей трехфазного коммутатора 1.The change of mechanical energy on the shaft of the engine 11 in the direction of decreasing (increasing) from the value of W about transfers the machine to the motor of FIG. 2a, FIG. 3a (generator FIGS. 2c and 3c), the mode in which the signal from the feedback sensor 10, which is proportional to the cotangent of the angle φ between the current and voltage of the motor 11 from a value equal to zero (φ = π / 2), increases and has a positive (negative) sign, since φ <π / 2 (φ> π / 2). The signal from the feedback sensor 10 with a positive (negative) sign and proportional to ctg φ is compared on element 4 (element 5) of comparison with a given value ctg φ н1 ( ctg φ н2 ), which correspond to the ratio of active power to reactive at nominal positive (negative) slip of the machine, and the resulting signal proportional to the difference ctg φ- ctg φ n1 ( ctg φ- ctg φ n2 ), in the first version of the method is fed to block 2 (block 3) of the control system of the angle α (angle β) β of fully controlled thyristor thyristors bite 1-phase switch it.

Выявление положительного (отрицательного) сигнала обратной связи и его воздействие именно на угол включения α (угол выключения β) тиристоров может производиться, например, при помощи диода 6 (диода 7), включенного в прямом (обратном) направлении, как показано на фиг. 1. The detection of a positive (negative) feedback signal and its effect on the turn-on angle α (turn-off angle β) of the thyristors can be carried out, for example, using diode 6 (diode 7), turned on in the forward (reverse) direction, as shown in FIG. 1.

Во втором варианте предлагаемого способа в процессе регулирования напряжения (см. фиг. 3) углы коммутации α и β меняются ролями. На схеме (фиг. 1) это отражено пунктирными линиями. In the second embodiment of the proposed method in the process of voltage regulation (see Fig. 3), the switching angles α and β change roles. In the diagram (Fig. 1) this is shown by dashed lines.

При таком управлении осуществляется регулирование амплитуды тока двигателя с постоянной фазой φн1 в двигательном (φн2 в генераторном) режиме работы машины, формируя вектор тока статора по касательной к семейству круговых диаграмм, а также компенсация реактивной мощности сети за счет опережения (отставания) первой гармоники напряжения питания асинхронного двигателя относительно напряжения сети и соответственно уменьшения (увеличения) при этом угла φ1 между током и напряжением сети в двигательном (генераторном) режиме, приближая его к 0 радианам (к π радианам). В результате осуществляется стабилизация коэффициента мощности асинхронного двигателя и его компенсация при работе привода на подъем и на спуск груза.With this control, the amplitude of the current of the motor with a constant phase φ n1 in the motor (φ n2 in the generator) mode of the machine is regulated, forming the stator current vector tangentially to the family of pie diagrams, as well as compensating the reactive power of the network due to the lead (lag) of the first harmonic the supply voltage of the induction motor relative to the mains voltage and, accordingly, decrease (increase) in this case, the angle φ 1 between the current and the mains voltage in the motor (generator) mode, bringing it closer to 0 radians (to π radians). The result is the stabilization of the power factor of the induction motor and its compensation during operation of the drive to lift and lower the load.

Первый и второй варианты способа требуют наладки привода, а именно: настройки углов α = αo и β = βo (см. фиг. 2б и 3б), контролируя, например, по нулю сигнала, снимаемого с датчика 10 обратной связи, режим потребления реактивной мощности. Это можно производить в условиях эксплуатации привода при работе, например, эскалаторов на спуск пассажиров, а горных транспортеров-брэмзбергов на опускание породы или в условиях стендовых испытаний с дополнительным гонным двигателем, что усложняет наладку.The first and second variants of the method require adjustment of the drive, namely: setting the angles α = α o and β = β o (see Fig. 2b and 3b), controlling, for example, zero the signal taken from the feedback sensor 10, the consumption mode reactive power. This can be done under operating conditions of the drive when, for example, escalators are used to lower passengers, and mountain conveyors-bramsbergs to lower rocks or in bench conditions with an additional racing engine, which complicates setup.

Для упрощения наладки системы управления приводом при обеспечении устройством высокого значения коэффициента мощности сети предлагается еще вариант способа, в котором следует устанавливать связь между углами коммутации при работе устройства на двигатель, отключенный от механизма, так как на холостом ходу привода механизмов непрерывного транспорта двигатель загружен на 20-40%. To simplify the adjustment of the drive control system while providing the device with a high value of the network power factor, another variant of the method is proposed in which the connection between the switching angles should be established when the device operates on an engine disconnected from the mechanism, since the engine is idle at 20 -40%.

При реализации способа в качестве сигнала обратной связи используется сигнал, пропорциональный ctg φ. Это не единственное решение. В качестве сигнала обратной связи может быть использован сигнал, пропорциональный скольжению, коэффициенту мощности и др., который при переходе машины из двигательного режима в режим генераторного торможения меняет свой знак на противоположный и не имеет прерывистого характера. When implementing the method, a signal proportional to ctg φ is used as a feedback signal. This is not the only solution. As a feedback signal, a signal proportional to slip, power factor, etc. can be used, which when the machine switches from the motor mode to the generator braking mode changes its sign to the opposite and does not have an intermittent character.

Применение в заявляемом способе обратной связи собственно по ctg φ предпочтительнее из-за упрощения реализации и повышения точности регулирования. The use in the inventive method of feedback actually on ctg φ is preferable because of the simplification of implementation and increase the accuracy of regulation.

Применение изобретения наиболее целесообразно для асинхронных электроприводов транспортных машин непрерывного действия, работающих как на подъем, так и на спуск груза в условиях периодически меняющейся нагрузки. The application of the invention is most appropriate for asynchronous electric drives of continuous transport vehicles operating both on lifting and lowering the load under conditions of periodically changing load.

Claims (1)

СПОСОБ ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ТИРИСТОРНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ, при котором осуществляют изменение угла включения α и угла выключения β тиристоров регулятора, связанных между собой выражением β = π-α , отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента мощности сети, связь между углами α и β устанавливают в режиме холостого хода двигателя, в котором значения углов α = α0 ; β = β0 ; α0< β0 фиксируют такими, чтобы скорость двигателя сохранялась на уровне его номинального значения, а в двигательном режиме осуществлялась изменением угла α в диапазоне от "+" α0 до "-" β0 и в генераторном режиме торможения изменением угла β в диапазоне от β0 до π+α0 , при этом изменение угла α производят в соответствии с рассогласованием сигналов, пропорциональных ctgφ и ctg φn1 , а изменение угла β - в соответствии с рассогласованием сигналов, пропорциональных ctgφ и ctgφn2, где φ , φn1 и φn2 - соответственно текущее значение угла между током и напряжением обмотки статора и его значения при положительном и отрицательном номинальном скольжении двигателя.METHOD FOR PHASE CONTROL OF AN ASYNCHRONOUS ENGINE WITH A THYRISTOR VOLTAGE REGULATOR, in which the angle of turn-on α and the turn-off angle β of the thyristors of the controller are interconnected by the expression β = π-α, characterized in that, in order to increase the power factor of the network, the connection between the angles α and β are set in the engine idle mode, in which the angles α = α 0 ; β = β 0 ; α 00 is fixed so that the engine speed is maintained at its nominal value, and in the motor mode it is carried out by changing the angle α in the range from "+" α 0 to "-" β 0 and in the generator braking mode by changing the angle β in the range from β 0 to π + α 0 , while the change in the angle α is made in accordance with the mismatch of signals proportional to ctgφ and ctg φ n1 , and the change in the angle β is made in accordance with the mismatch of signals proportional to ctgφ and ctgφ n2, where φ, φ n1 and φ n2 are, respectively, the current value of the angle between current and voltage we have stator windings and its values with positive and negative nominal slip of the motor.
SU4887464 1990-12-04 1990-12-04 Process of phase control over asynchronous motor with thyristor voltage regulator RU2014721C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4887464 RU2014721C1 (en) 1990-12-04 1990-12-04 Process of phase control over asynchronous motor with thyristor voltage regulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4887464 RU2014721C1 (en) 1990-12-04 1990-12-04 Process of phase control over asynchronous motor with thyristor voltage regulator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2014721C1 true RU2014721C1 (en) 1994-06-15

Family

ID=21548036

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4887464 RU2014721C1 (en) 1990-12-04 1990-12-04 Process of phase control over asynchronous motor with thyristor voltage regulator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2014721C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3983463A (en) Method and apparatus for controlling the speed of induction motors
US4949021A (en) Variable speed constant frequency start system with selectable input power limiting
US4879639A (en) Power converter for driving an AC motor at a variable speed
CA2385588A1 (en) Wind power plant
US4330817A (en) Process and system for controlling the energization of a load
US4656413A (en) Stabilized control system and method for coupling an induction generator to AC power mains
US6066935A (en) Pole-changing asynchronous fan motor with continuously adjustable speed
US4272706A (en) Mooring winch system
CA1312116C (en) Method and device for braking a squirrel-cage motor
RU2014721C1 (en) Process of phase control over asynchronous motor with thyristor voltage regulator
US6362588B1 (en) Excitation system for rotating synchronous machines
US5486751A (en) Electronic trimming voltage regulator
Wasko 500 HP, 120 HZ Current-Fed Field-Oriented Control Inverter for Fuel Pump Test Stands
CN201985813U (en) Alternating current load control system
EP0442848B1 (en) Variable-speed AC drive utilizing a short-circuit-rotor polyphase induction motor
GB2085204A (en) Motor control system
KR830000898B1 (en) DC motor drive
SU1131008A1 (en) Device for adjusting three-phase asynchronous motor
SU1053255A1 (en) Device for controlling asynchronous machine with phase rotor
RU1793527C (en) Device for control over frequency-controlled asynchronous electric drive
SU904136A1 (en) Device for control of contact-free dc motor
SU771835A1 (en) Method and device for control of dc electric drive
SU348153A1 (en) METHOD OF ELIMINATING THE AUTO-OSCILLATIONS OF ASYNCHRONO MOTOR
SU1100704A1 (en) Asynchronous rectifier stage
SU974544A1 (en) Method and apparatus for control excitation of brushless electric machine