System of Vector-Pulse Start-Up of High-Voltage Synchronous Motor with Inrush Current Limiting
Keywords:
sensorless method, vector-pulse start, synchronous motor, transformer, trigger
Abstract
This article deals with the implementation of the start of a high-voltage synchronous motor. At present, the problem of starting high-power alternating current motors is acute. Therefore, they are left in operation to minimize the number of starts. The main problem of starting a synchronous high-power motor is that starting currents are generated that exceed the rated current seven times. In addition, there are other problems that negatively affect other consumers of the network. It is proposed to implement the start-up of a high-voltage synchronous motor using a vector-pulse method in this article. A functional diagram of the developed electric drive is given. This scheme has several distinctive features. In the scheme, intermediate transformers are provided. Their use makes it possible to use IGBT-transistors with a maximum voltage of 600 to 1200 V in the circuit. The structural scheme of the module for determining the generalized voltage vector is given. The scheme of limitation of starting currents is considered. Experimental studies were carried out on the model developed in Matlab Simulink. From the results of the experiment it follows that the system fulfills the process of starting a synchronous motor. The influence of intermediate transformers is estimated. It was revealed that the intermediate transformers slightly worsen the process of synchronous motor acceleration. The acceleration time of the motor during the introduction of intermediate transformers increased by 0.7 s. On the other hand, the availability of intermediate transformers will reduce the cost of the system in 1.3...1.7 times depending on the motor power.
References
1. Басков С.Н., Давыдкин М.Н. Векторно-импульсный способ пуска синхронного двигателя // Наука и производство Урала. 2008. № 2. С. 7—11.
2. Басков С.Н., Радионов А.А., Святых А.Б. Применение векторно-импульсного способа для пуска двигателей переменного тока // Электротехника. 2013. № 10. С. 30—34.
3. Виноградов А.Б. Векторное управление электроприводами переменного тока. Иваново: Ивановский гос. энергетический ун-т им. В.И. Ленина, 2008.
4. Валов А.В., Усынин Ю.С. Импульсно-векторное управление асинхронным двигателем с фазным ротором // Силовая электроника: Науч. труды XII Междунар. науч.-практ. конф. студентов и молодых ученых. М., 2008. С. 20—24.
5. Давидян Ж.Д. Динамические и переходные режимы при импульсном пуске синхронных двигателей // Электротехника. 2008. № 8. С. 52—57.
6. Sawa T. Sensorless Rotor Position Estimation of an Interior Permanent–Magnet Motor from Initial States // IEEE Trans. Industry Appl. 2003. V. 39. Pp. 761—767.
7. Sawamura M. Sensorless Drive of SMPM Motor by High Frequency Signal Injection // Proc. Appl. Power Electronics Conf. and Exposition. 2002. V. 1. Pp. 279—285.
8. Pastorelli M. Cross-saturation Еffects in IPM Motors // IEEE Trans. Industry Appl. 2007. V. 40. No. 6. Pp. 1516—1522.
9. Вечеркин М.В., Петушков М.Ю., Сарваров А.С. Возможности трансформаторно-тиристорной структуры как пускового устройства высоковольтных асинхронных двигателей // Вестник ИГЭУ. 2013. № 1. C. 57—61.
10. Петушков М.Ю. Повышение ресурсоэффективности эксплуатация высоковольтных асинхронных электроприводов: автореф. дис. … докт. техн. Наук. Магнитогорск: Магнитогорский гос. техн. ун-т им. Г.И. Носова, 2015.
11. Усынин Ю.С., Валов А.В., Козина Т.А. Асинхронный электропривод с импульсно-векторным управлением // Электротехника. 2011. № 3. С. 15—19.
12. Пат. № 2411629 РФ. Многоуровневый транзисторный преобразователь частоты для управления электродвигателями переменного тока / В.Д. Шепелин и др. // Бюл. изобрет. 2011. № 4.
13. Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энергоатомиздат, 1998.
14. Браславский И.Я., Ишматов З.Ш., Поляков В.Н. Энергосберегающий асинхронный электропривод. М.: Академия, 2004.
15. Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в Matlab, SimPowerSystems и Simulink. М.: ДМК Пресс, 2008.
16. Герман-Галкин С.Г. Проектирование мехатронных систем на ПК. СПб.: Корона. Век, 2008.
17. Басков С.Н., Лицин К.В., Радионов А.А. Определение углового положения ротора синхронного двигателя в режиме векторно-импульсного пуска // Вести высш. учеб. заведений Черноземья. 2014. № 4. С. 3—8.
18. Давыдкин М.Н. Разработка системы векторно- импульсного управления пуском синхронного электродвигателя: автореф. дис. … канд. техн. наук. Магнитогорск: Магнитогорский гос. техн. ун-т им. Г.И. Носова, 2010.
19. Фокеев А.Е. Исследование силовых трансформаторов при несинусоидальных режимах: автореф. дис. … канд. техн. наук. Ижевск: ИжГТУ им. М.Т. Калашникова, 2012.
20. Басков С.Н., Лицин К.В. Моделирование системы с промежуточными трансформаторами при векторно-импульсном пуске двигателя переменного тока // Электротехнические системы и комплексы. 2014. № 2 (23). С. 32—35.
21. Лицин К.В. и др. Исследование положения вектора потокосцепления ротора при векторно-импульсном пуске // Вестник Южно-Уральского гос. ун-та. Серия «Энергетика». 2012. Вып. 18. № 37 (296). С. 68—72.
22. Baskov S.N., Litsin K.V. Determination of the Angular Position of the Rotor of Asynchronous Motor by Connecting a High-frequency Signal in the Excitation Winding // Proc. Intern. Siberian Conf. Control and Communications. Omsk, 2015. Pp. 137—140.
23. Басков С.Н., Лицин К.В. Высокочастотная инжекция сигналов при бездатчиковом методе определения углового положения ротора синхронного двигателя // Машиностроение. 2013. № 1. С. 28—33.
24. Baskov S.N., Litsin K.V. Research of Vector-pulse Start System of Synchronous Motor with Intermediate Transformer and Sensorless Determination of Angular Rotor Position with Mathematical Methods // Proc 2nd Intern. Conf. Industrial Eng., Appl. and Manufacturing. Chelyabinsk, 2016. Pp. 1—4.
---
Для цитирования: Лицин К.В., Басков С.Н. Система векторно-импульсного пуска высоковольтного синхронного двигателя с ограничением пусковых токов // Вестник МЭИ. 2019. № 3. С. 62—69. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-3-62-69.
#
1. Baskov S.N., Davydkin M.N. Vektorno-impul'snyy Sposob Puska Sinkhronnogo Dvigatelya. Nauka i Proizvodstvo Urala. 2008;2:7—11. (in Russian).
2. Baskov S.N., Radionov A.A., Svyatykh A.B. Primenenie Vektorno-impul'snogo Sposoba dlya Puska Dvigateley Peremennogo Toka. Elektrotekhnika. 2013;10: 30—34. (in Russian).
3. Vinogradov A.B. Vektornoe Upravlenie Elektroprivodami Peremennogo Toka. Ivanovo: Ivanovskiy Gos. Energeticheskiy Un-t im. V.I. Lenina, 2008. (in Russian).
4. Valov A.V., Usynin Yu.S. Impul'sno-vektornoe Upravlenie Asinkhronnym Dvigatelem s Faznym Rotorom. Silovaya Elektronika: Nauch. Trudy XII Mezhdunar. Nauch.-prakt. Konf. Studentov i Molodykh Uchenykh. M., 2008:20—24. (in Russian).
5. Davidyan Zh.D. Dinamicheskie i Perekhodnye Rezhimy pri Impul'snom Puske Sinkhronnykh Dvigateley. Elektrotekhnika. 2008;8:52—57. (in Russian).
6. Sawa T. Sensorless Rotor Position Estimation of an Interior Permanent–Magnet Motor from Initial States. IEEE Trans. Industry Appl. 2003;39:761—767.
7. Sawamura M. Sensorless Drive of SMPM Motor by High Frequency Signal Injection. Proc. Appl. Power Electronics Conf. and Exposition. 2002;1:279—285.
8. Pastorelli M. Cross-saturation Еffects in IPM Motors. IEEE Trans. Industry Appl. 2007;40; 6:1516—1522.
9. Vecherkin M.V., Petushkov M.Yu., Sarvarov A.S. Vozmozhnosti Transformatorno-tiristornoy Struktury kak Puskovogo Ustroystva Vysokovol'tnykh Asinkhronnykh Dvigateley. Vestnik IGEU. 2013;1:57—61. (in Russian).
10. Petushkov M.Yu. Povyshenie Resursoeffektivnosti Ekspluatatsiya Vysokovol'tnykh Asinkhronnykh Elektroprivodov: Avtoref. Dis. … Dokt. Tekhn. Nauk. Magnitogorsk: Magnitogorskiy Gos. Tekhn. Un-t im. G.I. Nosova, 2015. (in Russian).
11. Usynin Yu.S., Valov A.V., Kozina T.A. Asinkhronnyy Elektroprivod s Impul'sno-vektornym Upravleniem. Elektrotekhnika. 2011;3:15—19. (in Russian).
12. Pat № 2411629 RF. Mnogourovnevyy Tranzistornyy Preobrazovatel' Chastoty dlya Upravleniya Elektrodvigatelyami Peremennogo Toka / V.D. Shepelin i dr. Byul. Izobret. 2011;4. (in Russian).
13. Klyuchev V.I. Teoriya Elektroprivoda. M.: Energoatomizdat, 1998. (in Russian).
14. Braslavskiy I.Ya., Ishmatov Z.Sh., Polyakov V.N. Energosberegayushchiy Asinkhronnyy Elektroprivod. M.: Akademiya, 2004. (in Russian).
15. Chernykh I.V. Modelirovanie Elektrotekhnicheskikh Ustroystv v Matlab, SimPowerSystems i Simulink. M.: DMK Press, 2008. (in Russian).
16. German-Galkin S.G. Proektirovanie Mekhatronnykh Sistem na PK. SPb.: Korona. Vek, 2008. (in Russian).
17. Baskov S.N., Litsin K.V., Radionov A.A. Opredelenie Uglovogo Polozheniya Rotora Sinkhronnogo Dvigatelya v Rezhime Vektorno-impul'snogo Puska. Vesti Vyssh. Ucheb. Zavedeniy Chernozem'ya. 2014;4:3—8. (in Russian).
18. Davydkin M.N. Razrabotka Sistemy Vektorno- impul'snogo Upravleniya Puskom Sinkhronnogo Elektrodvigatelya: Avtoref. Dis. … Kand. Tekhn. Nauk. Magnitogorsk: Magnitogorskiy Gos. Tekhn. Un-t im. G.I. Nosova, 2010. (in Russian).
19. Fokeev A.E. Issledovanie Silovykh Transformatorov pri Nesinusoidal'nykh Rezhimakh: Avtoref. Dis. … Kand. Tekhn. Nauk. Izhevsk: IzhGTU im. M.T. Kalashnikova, 2012. (in Russian).
20. Baskov S.N., Litsin K.V. Modelirovanie Sistemy s Promezhutochnymi Transformatorami pri Vektorno- impul'snom Puske Dvigatelya Peremennogo Toka. Elektrotekhnicheskie Sistemy i Kompleksy. 2014;2 (23):32—35. (in Russian).
21. Litsin K.V. i dr. Issledovanie Polozheniya Vektora Potokostsepleniya Rotora Pri Vektorno-impul'snom Puske. Vestnik Yuzhno-Ural'skogo Gos. Un-ta. Seriya «Energetika». 2012;18;37 (296):68—72. (in Russian).
22. Baskov S.N., Litsin K.V. Determination of the Angular Position of the Rotor of Asynchronous Motor by Connecting a High-frequency Signal in the Excitation Winding. Proc. Intern. Siberian Conf. Control and Communications. Omsk, 2015:137—140.
23. Baskov S.N., Litsin K.V. Vysokochastotnaya Inzhektsiya Signalov pri Bezdatchikovom Metode Opredeleniya Uglovogo Polozheniya Rotora Sinkhronnogo Dvigatelya. Mashinostroenie. 2013;1:28—33. (in Russian).
24. Baskov S.N., Litsin K.V. Research of Vector-pulse Start System of Synchronous Motor with Intermediate Transformer and Sensorless Determination of Angular Rotor Position with Mathematical Methods. Proc 2nd Intern. Conf. Industrial Eng., Appl. and Manufacturing. Chelyabinsk, 2016:1—4.
---
For citation: Litsin K.V., Baskov S.N. System of Vector-Pulse Start-Up of High-Voltage Synchronous Motor with Inrush Current Limiting. Bulletin of MPEI. 2019;3:62—69. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2019-3-62-69.
2. Басков С.Н., Радионов А.А., Святых А.Б. Применение векторно-импульсного способа для пуска двигателей переменного тока // Электротехника. 2013. № 10. С. 30—34.
3. Виноградов А.Б. Векторное управление электроприводами переменного тока. Иваново: Ивановский гос. энергетический ун-т им. В.И. Ленина, 2008.
4. Валов А.В., Усынин Ю.С. Импульсно-векторное управление асинхронным двигателем с фазным ротором // Силовая электроника: Науч. труды XII Междунар. науч.-практ. конф. студентов и молодых ученых. М., 2008. С. 20—24.
5. Давидян Ж.Д. Динамические и переходные режимы при импульсном пуске синхронных двигателей // Электротехника. 2008. № 8. С. 52—57.
6. Sawa T. Sensorless Rotor Position Estimation of an Interior Permanent–Magnet Motor from Initial States // IEEE Trans. Industry Appl. 2003. V. 39. Pp. 761—767.
7. Sawamura M. Sensorless Drive of SMPM Motor by High Frequency Signal Injection // Proc. Appl. Power Electronics Conf. and Exposition. 2002. V. 1. Pp. 279—285.
8. Pastorelli M. Cross-saturation Еffects in IPM Motors // IEEE Trans. Industry Appl. 2007. V. 40. No. 6. Pp. 1516—1522.
9. Вечеркин М.В., Петушков М.Ю., Сарваров А.С. Возможности трансформаторно-тиристорной структуры как пускового устройства высоковольтных асинхронных двигателей // Вестник ИГЭУ. 2013. № 1. C. 57—61.
10. Петушков М.Ю. Повышение ресурсоэффективности эксплуатация высоковольтных асинхронных электроприводов: автореф. дис. … докт. техн. Наук. Магнитогорск: Магнитогорский гос. техн. ун-т им. Г.И. Носова, 2015.
11. Усынин Ю.С., Валов А.В., Козина Т.А. Асинхронный электропривод с импульсно-векторным управлением // Электротехника. 2011. № 3. С. 15—19.
12. Пат. № 2411629 РФ. Многоуровневый транзисторный преобразователь частоты для управления электродвигателями переменного тока / В.Д. Шепелин и др. // Бюл. изобрет. 2011. № 4.
13. Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энергоатомиздат, 1998.
14. Браславский И.Я., Ишматов З.Ш., Поляков В.Н. Энергосберегающий асинхронный электропривод. М.: Академия, 2004.
15. Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в Matlab, SimPowerSystems и Simulink. М.: ДМК Пресс, 2008.
16. Герман-Галкин С.Г. Проектирование мехатронных систем на ПК. СПб.: Корона. Век, 2008.
17. Басков С.Н., Лицин К.В., Радионов А.А. Определение углового положения ротора синхронного двигателя в режиме векторно-импульсного пуска // Вести высш. учеб. заведений Черноземья. 2014. № 4. С. 3—8.
18. Давыдкин М.Н. Разработка системы векторно- импульсного управления пуском синхронного электродвигателя: автореф. дис. … канд. техн. наук. Магнитогорск: Магнитогорский гос. техн. ун-т им. Г.И. Носова, 2010.
19. Фокеев А.Е. Исследование силовых трансформаторов при несинусоидальных режимах: автореф. дис. … канд. техн. наук. Ижевск: ИжГТУ им. М.Т. Калашникова, 2012.
20. Басков С.Н., Лицин К.В. Моделирование системы с промежуточными трансформаторами при векторно-импульсном пуске двигателя переменного тока // Электротехнические системы и комплексы. 2014. № 2 (23). С. 32—35.
21. Лицин К.В. и др. Исследование положения вектора потокосцепления ротора при векторно-импульсном пуске // Вестник Южно-Уральского гос. ун-та. Серия «Энергетика». 2012. Вып. 18. № 37 (296). С. 68—72.
22. Baskov S.N., Litsin K.V. Determination of the Angular Position of the Rotor of Asynchronous Motor by Connecting a High-frequency Signal in the Excitation Winding // Proc. Intern. Siberian Conf. Control and Communications. Omsk, 2015. Pp. 137—140.
23. Басков С.Н., Лицин К.В. Высокочастотная инжекция сигналов при бездатчиковом методе определения углового положения ротора синхронного двигателя // Машиностроение. 2013. № 1. С. 28—33.
24. Baskov S.N., Litsin K.V. Research of Vector-pulse Start System of Synchronous Motor with Intermediate Transformer and Sensorless Determination of Angular Rotor Position with Mathematical Methods // Proc 2nd Intern. Conf. Industrial Eng., Appl. and Manufacturing. Chelyabinsk, 2016. Pp. 1—4.
---
Для цитирования: Лицин К.В., Басков С.Н. Система векторно-импульсного пуска высоковольтного синхронного двигателя с ограничением пусковых токов // Вестник МЭИ. 2019. № 3. С. 62—69. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-3-62-69.
#
1. Baskov S.N., Davydkin M.N. Vektorno-impul'snyy Sposob Puska Sinkhronnogo Dvigatelya. Nauka i Proizvodstvo Urala. 2008;2:7—11. (in Russian).
2. Baskov S.N., Radionov A.A., Svyatykh A.B. Primenenie Vektorno-impul'snogo Sposoba dlya Puska Dvigateley Peremennogo Toka. Elektrotekhnika. 2013;10: 30—34. (in Russian).
3. Vinogradov A.B. Vektornoe Upravlenie Elektroprivodami Peremennogo Toka. Ivanovo: Ivanovskiy Gos. Energeticheskiy Un-t im. V.I. Lenina, 2008. (in Russian).
4. Valov A.V., Usynin Yu.S. Impul'sno-vektornoe Upravlenie Asinkhronnym Dvigatelem s Faznym Rotorom. Silovaya Elektronika: Nauch. Trudy XII Mezhdunar. Nauch.-prakt. Konf. Studentov i Molodykh Uchenykh. M., 2008:20—24. (in Russian).
5. Davidyan Zh.D. Dinamicheskie i Perekhodnye Rezhimy pri Impul'snom Puske Sinkhronnykh Dvigateley. Elektrotekhnika. 2008;8:52—57. (in Russian).
6. Sawa T. Sensorless Rotor Position Estimation of an Interior Permanent–Magnet Motor from Initial States. IEEE Trans. Industry Appl. 2003;39:761—767.
7. Sawamura M. Sensorless Drive of SMPM Motor by High Frequency Signal Injection. Proc. Appl. Power Electronics Conf. and Exposition. 2002;1:279—285.
8. Pastorelli M. Cross-saturation Еffects in IPM Motors. IEEE Trans. Industry Appl. 2007;40; 6:1516—1522.
9. Vecherkin M.V., Petushkov M.Yu., Sarvarov A.S. Vozmozhnosti Transformatorno-tiristornoy Struktury kak Puskovogo Ustroystva Vysokovol'tnykh Asinkhronnykh Dvigateley. Vestnik IGEU. 2013;1:57—61. (in Russian).
10. Petushkov M.Yu. Povyshenie Resursoeffektivnosti Ekspluatatsiya Vysokovol'tnykh Asinkhronnykh Elektroprivodov: Avtoref. Dis. … Dokt. Tekhn. Nauk. Magnitogorsk: Magnitogorskiy Gos. Tekhn. Un-t im. G.I. Nosova, 2015. (in Russian).
11. Usynin Yu.S., Valov A.V., Kozina T.A. Asinkhronnyy Elektroprivod s Impul'sno-vektornym Upravleniem. Elektrotekhnika. 2011;3:15—19. (in Russian).
12. Pat № 2411629 RF. Mnogourovnevyy Tranzistornyy Preobrazovatel' Chastoty dlya Upravleniya Elektrodvigatelyami Peremennogo Toka / V.D. Shepelin i dr. Byul. Izobret. 2011;4. (in Russian).
13. Klyuchev V.I. Teoriya Elektroprivoda. M.: Energoatomizdat, 1998. (in Russian).
14. Braslavskiy I.Ya., Ishmatov Z.Sh., Polyakov V.N. Energosberegayushchiy Asinkhronnyy Elektroprivod. M.: Akademiya, 2004. (in Russian).
15. Chernykh I.V. Modelirovanie Elektrotekhnicheskikh Ustroystv v Matlab, SimPowerSystems i Simulink. M.: DMK Press, 2008. (in Russian).
16. German-Galkin S.G. Proektirovanie Mekhatronnykh Sistem na PK. SPb.: Korona. Vek, 2008. (in Russian).
17. Baskov S.N., Litsin K.V., Radionov A.A. Opredelenie Uglovogo Polozheniya Rotora Sinkhronnogo Dvigatelya v Rezhime Vektorno-impul'snogo Puska. Vesti Vyssh. Ucheb. Zavedeniy Chernozem'ya. 2014;4:3—8. (in Russian).
18. Davydkin M.N. Razrabotka Sistemy Vektorno- impul'snogo Upravleniya Puskom Sinkhronnogo Elektrodvigatelya: Avtoref. Dis. … Kand. Tekhn. Nauk. Magnitogorsk: Magnitogorskiy Gos. Tekhn. Un-t im. G.I. Nosova, 2010. (in Russian).
19. Fokeev A.E. Issledovanie Silovykh Transformatorov pri Nesinusoidal'nykh Rezhimakh: Avtoref. Dis. … Kand. Tekhn. Nauk. Izhevsk: IzhGTU im. M.T. Kalashnikova, 2012. (in Russian).
20. Baskov S.N., Litsin K.V. Modelirovanie Sistemy s Promezhutochnymi Transformatorami pri Vektorno- impul'snom Puske Dvigatelya Peremennogo Toka. Elektrotekhnicheskie Sistemy i Kompleksy. 2014;2 (23):32—35. (in Russian).
21. Litsin K.V. i dr. Issledovanie Polozheniya Vektora Potokostsepleniya Rotora Pri Vektorno-impul'snom Puske. Vestnik Yuzhno-Ural'skogo Gos. Un-ta. Seriya «Energetika». 2012;18;37 (296):68—72. (in Russian).
22. Baskov S.N., Litsin K.V. Determination of the Angular Position of the Rotor of Asynchronous Motor by Connecting a High-frequency Signal in the Excitation Winding. Proc. Intern. Siberian Conf. Control and Communications. Omsk, 2015:137—140.
23. Baskov S.N., Litsin K.V. Vysokochastotnaya Inzhektsiya Signalov pri Bezdatchikovom Metode Opredeleniya Uglovogo Polozheniya Rotora Sinkhronnogo Dvigatelya. Mashinostroenie. 2013;1:28—33. (in Russian).
24. Baskov S.N., Litsin K.V. Research of Vector-pulse Start System of Synchronous Motor with Intermediate Transformer and Sensorless Determination of Angular Rotor Position with Mathematical Methods. Proc 2nd Intern. Conf. Industrial Eng., Appl. and Manufacturing. Chelyabinsk, 2016:1—4.
---
For citation: Litsin K.V., Baskov S.N. System of Vector-Pulse Start-Up of High-Voltage Synchronous Motor with Inrush Current Limiting. Bulletin of MPEI. 2019;3:62—69. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2019-3-62-69.
Published
2018-08-07
Issue
Section
Electrical Complex and Systems (05.09.03)
