RU2361354C2

RU2361354C2 - Control method for multi-motor hysteretic electric drive

Info

Publication number: RU2361354C2
Application number: RU2007125893/09A
Authority: RU
Inventors: Михаил Михайлович Белов (RU); Михаил Михайлович Белов; Владимир Николаевич Тарасов (RU); Владимир Николаевич Тарасов; Алексей Вячеславович Сизякин (RU); Алексей Вячеславович Сизякин; Станислав Валентинович Дерябкин (RU); Станислав Валентинович Дерябкин; Павел Вениаминович Мочалов (RU); Павел Вениаминович Мочалов; Сергей Вячеславович Радиевский (RU); Сергей Вячеславович Радиевский; Александр Николаевич Красильников (RU); Александр Николаевич Красильников
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Производственное объединение "Электрохимический завод" (ОАО "ПО ЭХЗ")
Priority date: 2007-07-09
Filing date: 2007-07-09
Publication date: 2009-07-10
Also published as: RU2007125893A

Abstract

FIELD: electric engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electric engineering and may be used in textile industry to drive winding units and gas spin dryers and in other machine-building industries. The control method provides for reducing voltage during overdrive from heavy-duty level to a deeply depressed level of rated voltage value when electromagnetic torque margin in motor remains on the rated level as it is when nominal load is created in motor shaft. In case of one or several rotor synchronism failure, voltage is initially increased from the rated to startup voltage level before the overdrive process is repeated. Then, time is delayed to bring the failed motor into synchronism. The control method for multi-motor hysteretic electric drive ensures long-term operation in synchronised mode at low rated feeding voltage with high drive efficiency factor.

EFFECT: increased power parametres during overdrive mode.

4 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для многодвигательного гистерезисного электропривода различного технологического назначения, например для привода намоточных узлов в текстильной промышленности, для привода газовых центрифуг и в других областях машиностроения, где требуется обеспечить синхронную рабочую частоту вращения роторов всех двигателей.The invention relates to electrical engineering and can be used for a multi-engine hysteretic electric drive for various technological purposes, for example, to drive winding units in the textile industry, to drive gas centrifuges and in other areas of mechanical engineering, where it is necessary to provide a synchronous operating frequency of rotation of the rotors of all engines.

Известен способ управления многодвигательным гистерезисным электроприводом, при котором осуществляют периодическое повышение на 1 секунду и снижение напряжения, добиваясь реализации режима перевозбуждения и его стабилизации [патент ФРГ №2601567, МКИ² Н02Р 7/62. Опубл. 22.07.1976 (приоритет JP 16.01.1975). Anordnung zur Steuerung von. Hysteresismotoren, Hitachi Ltd. Авторы изобретения: Miyachita К. и др.].A known method of controlling a multi-engine hysteresis electric drive, in which a periodic increase of 1 second and voltage reduction is carried out, achieving the implementation of overexcitation mode and its stabilization [German patent No. 2601567, MKI ² Н02Р 7/62. Publ. 07/22/1976 (priority JP 01/16/1975). Anordnung zur Steuerung von. Hysteresismotoren, Hitachi Ltd. The inventors: Miyachita K. et al.].

Недостаток способа состоит в больших изменениях момента синхронно-гистерезисных двигателей (СГД) при очередном импульсе повышения напряжения, что вызывает качания роторов СГД и приводит к их частичному развозбуждению со снижением КПД привода. Кроме того, значительные периодические пульсации тока в цепях питания преобразователя создают помехи и снижают устойчивость преобразователя.The disadvantage of this method is the large changes in the moment of synchronous-hysteresis motors (SRS) at the next pulse of voltage increase, which causes the SRD rotors to swing and leads to their partial excitation with a decrease in drive efficiency. In addition, significant periodic ripple of the current in the power supply circuits of the converter interferes and reduces the stability of the converter.

Известно, что для уменьшения колебаний роторов двигателей целесообразно при кратковременном повышении напряжения, в целях перевозбуждения, последующее плавное снижение напряжения [Делекторский Б.А., Тарасов В.Н. Управляемый гистерезисный привод. М.: Энергоатомиздат, 1983, с.78]. Такой способ управления реализуется в качестве прототипа заявляемому с помощью, например, преобразователя частоты СПЧС5-380Т еК3.105.002 для питания группы гистерезисных двигателей [Номенклатура изделий, изготавливаемых Приборным заводом УЭХК в 2004-2009 г. Средства измерения и автоматизации. г.Новоуральск, Уральский электрохимический комбинат, 2004, с.25]. Данный преобразователь позволяет проводить подмагничивание гистерезисных двигателей (ГД) путем резкого увеличения напряжения до 500 В, а затем плавного его снижения до рабочей величины. Рабочая величина напряжения, как правило, выбирается из условия, что если по какой-либо причине ГД выйдет из режима перевозбуждения, то момент на валу, развиваемый неперевозбужденным двигателем, должен быть больше момента нагрузки. В противном случае двигатель начнет тормозиться. Таким образом, для обеспечения требуемого или нормативного запаса по моменту с использованием известного преобразователя величина номинального напряжения устанавливается близкой к значению пускового напряжения, при котором осуществляют разгон роторов двигателей до синхронной частоты вращения и создают номинальную нагрузку на валу каждого двигателя. Для улучшения энергетических характеристик гистерезисных двигателей после выхода их из синхронизма процесс перевозбуждения повторяют. Коэффициент полезного действия ГД при этом достигает 77%, что значительно меньше, чем при управлении предлагаемым способом.It is known that to reduce fluctuations in the rotors of engines it is advisable for a short-term increase in voltage, in order to overexcite, a subsequent smooth decrease in voltage [Delektorsky B.A., Tarasov V.N. Controlled hysteresis drive. M .: Energoatomizdat, 1983, p.78]. This control method is implemented as a prototype of the claimed using, for example, a frequency converter SPChS5-380T eK3.105.002 to power a group of hysteresis motors [Product range manufactured by UEHK Instrument Plant in 2004-2009. Measuring and automation equipment. Novouralsk, Ural Electrochemical Plant, 2004, p.25]. This converter allows you to magnetize the hysteresis motors (GD) by a sharp increase in voltage to 500 V, and then gradually decrease it to the operating value. As a rule, the working value of the voltage is selected from the condition that if for some reason the main engine leaves the overexcitation mode, then the moment on the shaft developed by the non-overexcited engine should be greater than the load moment. Otherwise, the engine will start to brake. Thus, in order to provide the required or standard safety margin in time using a known converter, the value of the nominal voltage is set close to the value of the starting voltage, at which the rotors of the engines are accelerated to a synchronous speed and create a nominal load on the shaft of each engine. To improve the energy characteristics of hysteresis engines after they are out of synchronism, the process of overexcitation is repeated. The efficiency of the main engine in this case reaches 77%, which is much less than when managing the proposed method.

Технический результат заявляемого изобретения предусматривает повышение энергетических показателей синхронно-гистерезисных двигателей при реализации режима перевозбуждения за счет снижения величины номинального напряжения при сохранении нормативного запаса по моменту, т.е. более полное использование двигателей, входящих в технологическую линию.The technical result of the claimed invention provides for an increase in the energy performance of synchronous-hysteresis motors when the overexcitation regime is implemented due to a decrease in the nominal voltage while maintaining the standard reserve in time, i.e. fuller use of engines included in the production line.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе управления многодвигательным гистерезисным электроприводом, при котором запуск двигателей осуществляют путем разгона роторов всех двигателей до рабочей синхронной частоты вращения при уровне пускового напряжения питания, проводят постоянный контроль частоты вращения каждого ротора и сравнение ее с заданной рабочей, а номинальную нагрузку на валу каждого двигателя создают при наличии синхронности вращения каждого ротора, при сохранении синхронности вращения каждого ротора осуществляют перевозбуждение гистерезисных двигателей путем кратковременного увеличения напряжения до форсированного уровня, намагничивая роторы двигателей, и последующего его снижения до номинального уровня, при выходе любого или нескольких роторов из синхронизма процесс перевозбуждения повторяют, согласно предлагаемому изобретению в процессе перевозбуждения снижение напряжения с форсированного уровня осуществляют до глубокого понижения величины номинального напряжения, при котором запас электромагнитного момента перевозбужденного двигателя остается на уровне нормативного, как при создании номинальной нагрузки на валу двигателя, а при выходе любого или нескольких роторов из синхронизма перед повторением процесса перевозбуждения сначала увеличивают напряжение с номинального до уровня пускового напряжения и создают выдержку времени, необходимую для вхождения в синхронизм выпавших из синхронизма двигателей, восстанавливая нормативный запас по моменту.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of controlling a multi-engine hysteresis electric drive, in which the engines are started by accelerating the rotors of all engines to a working synchronous speed at a starting voltage level, they constantly monitor the speed of each rotor and compare it with a given working one, and the rated load on the shaft of each engine is created if there is synchronization of rotation of each rotor, while maintaining synchronism of rotation of each rotor ora carry out the overexcitation of hysteresis motors by briefly increasing the voltage to a forced level, magnetizing the rotors of the motors, and then lowering it to the nominal level, when any or several rotors go out of synchronism, the overexcitation process is repeated, according to the invention, in the process of overexcitation, the voltage decreases from the forced level to deep reduction of the nominal voltage at which the margin of electromagnetic moment the excited engine remains at the standard level, as when creating a nominal load on the motor shaft, and when any or several rotors go out of synchronism before repeating the process of overexcitation, they first increase the voltage from the nominal to the starting voltage level and create the time delay necessary to enter the synchronism of the synchronism of engines, restoring the regulatory margin of time.

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами. The invention is illustrated by the following drawings.

На фиг.1 приведена структурная схема многодвигательного электропривода, реализующая заявляемый способ управления.Figure 1 shows the structural diagram of a multi-motor drive that implements the inventive control method.

На фиг.2 - временная диаграмма работы привода (для сравнения пунктиром показана диаграмма напряжения в случае управления по способу-прототипу).Figure 2 is a timing diagram of the operation of the drive (for comparison, the dotted line shows a voltage diagram in the case of control by the prototype method).

На фиг.3 - график изменения электромагнитного момента двигателя М_э и максимальный момент нагрузки М_{н макс}.Figure 3 is a graph of changes in the electromagnetic torque of the engine M _e and the maximum load moment M _{n max} .

На фиг.4 - график изменения КПД двигателя при регулировании напряжения и постоянной номинальной нагрузке на валу двигателя.Figure 4 is a graph of changes in engine efficiency when regulating the voltage and constant nominal load on the motor shaft.

Устройство на фиг.1 содержит N технологических объектов 1 с приводными синхронными гистерезисными двигателями 2 и датчиками частоты вращения 3. Обмотки двигателей 2 через общую цепь питания 4 и фильтр 5 подключены к инвертору 6. Последний через звено постоянного тока 7 и выпрямитель 8 соединен с питающей сетью. Система управления инвертором 6 содержит типовой набор блоков, осуществляющих регулирование частоты и широтно-импульсное регулирование напряжения, а именно блок драйверов 9, блок широтно-импульсной модуляции (ШИМ) 10, распределитель импульсов 11, задающий генератор 12. Регулятор напряжения 13 входами 14 и 15 соединен с датчиком напряжения на выходе фильтра 5, а выходом 16 подключен к управляющему входу блока широтно-импульсной модуляции 10. В свою очередь управляющий вход 17 регулятора напряжения 13 соединен с выходом блока выдержки времени 18, вход которого подключен к блоку 19 контроля частоты вращения двигателей. Входы последнего соединены с датчиками частоты вращения 3 и при необходимости с выходом распределителя импульсов 11, который может выполнять дополнительную роль задатчика синхронной частоты. Дополнительный выход 20 блока выдержки времени предназначен для подключения блока сигнализации несинхронного вращения (не показан) ротора любого гистерезисного двигателя 2.The device in figure 1 contains N technological objects 1 with synchronous hysteresis motors 2 and speed sensors 3. The motor windings 2 are connected to the inverter 6 through a common power supply circuit 4 and a filter 5; the latter is connected to the power supply via a DC link 7 and a rectifier 8 the network. The control system of the inverter 6 contains a typical set of blocks that carry out frequency regulation and pulse-width voltage regulation, namely, the driver block 9, the pulse-width modulation (PWM) block 10, the pulse distributor 11, the master oscillator 12. The voltage regulator 13 inputs 14 and 15 connected to a voltage sensor at the output of the filter 5, and the output 16 is connected to the control input of the pulse width modulation unit 10. In turn, the control input 17 of the voltage regulator 13 is connected to the output of the time delay unit 18, the input otorrhea unit 19 is connected to the motor speed control. The inputs of the latter are connected to speed sensors 3 and, if necessary, to the output of the pulse distributor 11, which can fulfill the additional role of a synchronization frequency setter. An additional output 20 of the time delay unit is designed to connect a non-synchronous rotation signaling unit (not shown) of the rotor of any hysteresis motor 2.

Способ управления многодвигательным гистерезисным электроприводом в соответствии с настоящим изобретением осуществляется следующим образом.The method of controlling a multi-engine hysteresis electric drive in accordance with the present invention is as follows.

Группа объектов 1 с помощью двигателей 2 при подключении к инвертору напряжения 6 разгоняется каким-либо принятым из известных способом, например частотным способом с дискретным регулированием частоты: f₁, f₂, f₃ (фиг.2). Соответственно регулируется с помощью блока ШИМ 10 напряжение U₁, U₂, U₃=U_п, где U_п - напряжение в конце пуска. Двигатели спроектированы так, что при номинальной частоте f_н=f₃ с напряжением питания U_п после входа в синхронизм развивают электромагнитный момент М_эп (фиг.3), достаточный для поддержания синхронности вращения двигателей при номинальной нагрузке М_н.ном. В то же время уровень намагниченности роторов и уровень потока в двигателях значительно меньше максимально возможного. Двигатели работают в синхронизме без перевозбуждения, имея достаточно низкий КПД (55÷62%).A group of objects 1 using motors 2 when connected to a voltage inverter 6 is accelerated by any method known, for example, a frequency method with discrete frequency control: f ₁ , f ₂ , f ₃ (figure 2). Accordingly, the voltage U ₁ , U ₂ , U ₃ = U _p , where U _p is the voltage at the end of the start, is regulated using the PWM 10 block. The motors are designed so that at a rated frequency f _n = f ₃ with a supply voltage U _p, after entering synchronism, they develop an electromagnetic moment M _ep (FIG. 3), sufficient to maintain synchronous rotation of the motors at a rated load of M _nn. At the same time, the level of magnetization of the rotors and the level of flow in the engines are much less than the maximum possible. The engines operate in synchronism without overexcitation, having a rather low efficiency (55 ÷ 62%).

Для повышения КПД необходимо перевозбудить двигатели. Блок контроля частоты вращения 19 после достижения всеми двигателями синхронной частоты вращения формирует задание в регулятор напряжения 17 повысить напряжение до форсированного уровня U_ф в течение нескольких периодов питания (3-5 и более), что приведет к увеличению тока в фазах двигателя и намагничиванию ротора. Максимальный электромагнитный момент, который способен развить каждый СГД, увеличится с М_эп до М_эф. При снижении напряжения до начального уровня U_п величина момента опрокидывания М_опр будет значительно больше М_эп, т.е. запас по моменту возрос. Это позволяет снизить дополнительно рабочее напряжение до номинального уровня U_н, сохраняя прежний нормативный запас по моменту ΔМ=М_эп-М_н.ном.To increase efficiency, it is necessary to overexcite the engines. The speed control unit 19, after all engines reach the synchronous speed, generates a task in the voltage regulator 17 to increase the voltage to a forced level U _f for several periods of power (3-5 or more), which will lead to an increase in current in the phases of the motor and magnetization of the rotor. The maximum electromagnetic moment that each SRS can develop will increase from M _ep to M _eff . When the voltage drops to the initial level U _{p, the} value of the overturning moment M _def will be significantly greater than M _ep stock of moment increased. This allows you to additionally reduce the operating voltage to a nominal level of U _n , while maintaining the same standard margin in time ΔM = M _ep -M _nnom .

КПД двигателей достигает предельных значений при cosφ>0,7.Efficiency of the engines reaches limit values at cosφ> 0.7.

Если по каким-либо причинам при напряжении питания, равном U_н, один или несколько двигателей выходят из синхронизма, то это фиксируется блоком контроля частоты вращения 19 и формируется команда на повышение напряжения с уровня U_н до U_п. Это реализует регулятор напряжения 13 с помощью блока ШИМ 10. Блок выдержки времени 18 задает интервал времени Δt, достаточный для доразгона выпавшего из синхронизма двигателя или группы двигателей. Если по истечении времени Δt двигатели вошли в синхронизм, то повторяется процедура намагничивания с увеличением напряжения до уровня U_ф и последующим его снижением до номинальной величины U_н.If for some reason, at a supply voltage equal to U _n , one or more motors go out of synchronism, then this is fixed by the speed control unit 19 and a command is generated to increase the voltage from the level of U _n to U _p . This implements the voltage regulator 13 using the PWM block 10. The time delay unit 18 sets the time interval Δt, sufficient for dodogona dropped out of synchronism of the engine or group of engines. If, after the time Δt, the motors went into synchronism, then the magnetization procedure is repeated with an increase in voltage to the level U _f and its subsequent decrease to the nominal value U _n .

При необходимости значение U_н может быть изменено после вмешательства оператора в систему управления, т.е. в ручном режиме.If necessary, the value of U _n can be changed after the intervention of the operator in the control system, i.e. in manual mode.

Если при напряжении питания U_п двигатель не входит в синхронизм в течение времени Δt, то блок 18 формирует на выходе 20 сигнал на отключение данного двигателя, что осуществляется оператором.If at a supply voltage U _{p the} motor does not enter synchronism for a time Δt, then block 18 generates a signal to turn off this motor at the output 20, which is carried out by the operator.

В данном способе управления многодвигательным гистерезисным электроприводом за счет реализации намагничивания с последующим глубоким снижением напряжения до уровня, при котором сохраняется нормативный запас по моменту, повышается КПД (фиг.4) синхронно-гистерезисного двигателя, что увеличивает общий КПД электропривода. Проведенные испытания показали, что коэффициент полезного действия гистерезисного двигателя при этом достигает (87-90)%.In this method of controlling a multi-motor hysteresis electric drive due to the implementation of magnetization, followed by a deep decrease in voltage to a level at which the standard reserve in time is maintained, the efficiency (Fig. 4) of the synchronous-hysteresis motor is increased, which increases the overall efficiency of the electric drive. The tests showed that the efficiency of the hysteresis motor in this case reaches (87-90)%.

Claims

A method of controlling a multi-engine hysteresis electric drive, in which the engines are started by accelerating the rotors of all engines to a working synchronous speed at a starting supply voltage level, they constantly monitor the speed of each rotor and compare it with a given working speed, and the rated load on the shaft of each engine is created at the presence of synchronization of rotation of each rotor, while maintaining synchronism of rotation of each rotor, the hysteresis motors are overexcited lei by briefly increasing the voltage to the forced level, magnetizing the rotors of the motors, and then lowering the voltage to the nominal level, when any or several rotors go out of synchronism, the overexcitation process is repeated, characterized in that during the overexcitation the voltage is reduced from the forced level to a deep decrease rated voltage at which the margin of the electromagnetic moment of an overexcited engine remains at the standard level, as with creating a nominal load on the motor shaft, and when any or several rotors go out of synchronism before repeating the process of overexcitation, they first increase the voltage from the rated voltage to the starting voltage level and create the time delay necessary to enter the synchronism of the motors that have fallen out of synchronism, restoring the standard reserve in time.