Частотно-управляемый тяговый электропривод

Частотно-управляемый тяговый электропривод

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫЙ ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий асинхроннйй двигатель,, гюдключенный к преобразователю частоты с каналами . управления амплитудой, и частотой на пряжения, датчик тока двигателя,связанный выходом с первым входом первого блока суммирования, второй вход которого соединен через регулятор скорости с выходом второго блока суммирования , а выход первогоблока суммирования через регулятор тока соединен с входом канала управления амплитудой напряжения преобразователя частоты , импульсный датчик скорости двигателя, выходом подключенный к первому входу сумматора частоты, выходом связанного с входом канала управления частотой преобразователя частотьт, а второй вход сумматора частот соединен с блоком задания частоты тока ротора, выход импульсного датчика скорости двигателя через преобразователь частота-напряжение связан С первым входом второго блока суммирования, второй вход которого соединен с блоком задания скорости , отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования и быстродействия и упрощения схемы, введены нелинейный блок обратной связи по току, реализующий функцию и О, при Что 5 и к JI S РИ , .Bfb« ,5дтравляе1Уплй нелинейный блок обрат:ной связи по СКОРОСТИ, реализующий функцию . (и Uoc О- ( Ри Uu) ЗС отс 00 UorJU c U, при U«,U(U3) и блок усреднения импульсной последовательности , причем нелинейный блок обратной связи по току соединен входом с выходом датчика тока и выходом связан с первым входом первого блока суммирования,, нелинейный блок обратной связи .по скорости первым входом соединен с выходом преобразоS вателя частота-напряжение, вторым (Л входом связан с блоком задания скорости , а выходом подключен к первому входу второго блока суммирования, блок усреднения импульсной последовательности входом .соединен с выходом cyivMaTOpa частот, а вь1ходом подключен к входу Канала управления частотой напряжения преобразователя, где и и выходные сигналы нелинейных блоков обратной связи го току и скорости, ig - ток статора, сигнал скорости, lj, , и.-сигналы ограничения по току и скорости, Ug. - сигнал задания. 2. Электропривод по п,1, о т л и чающийся тем, что сумматор частот содержит первую и вторую ячей.ки ИЛИ, ячейку И, узел временной задержки , блок усреднения импульсной последовательности, реверсивный счетчик , преобразователи код-ток и токчастота , при этом первый вход первой ячейки ИЛИ связан с блоком задания частоты тока ротора, а вторым входом соединен с выходом импульсного датчика скорости, вторая ячейка ИЛИ первым-входом соединена с выходом первой ячейки ИЛИ, вторым входом чёрё /зел временной задержки связана С вы

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) 3(59 Н 02 P 7

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ () 1 (4

U = О., при U„

U = К, (0 — Ц )U> )j при

И >UÄ,(U„) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3439055/24-07 (22) 20..05.82 (46) 07.02.84. Бюл.)) .5 (72)В.Л.Грузов, В.P.Êàëèíèí,Þ.È.Ïî-. дольный и П.A.Ðîâèíñêèé (71) Вологодский политехнический .ин-.. ститут (53) 621.313.33 3.072 ° 9(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

)) 752722, кл. Н 02 Р 7/42, 1980.

2. Патент ФРГ )) 1563228, кл. Н 02 Р 7/42, 1970. (54)(57) 1. ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫЙ

ТЯГОВЫЙ ЭЛККТРОПРИВОД, содержащий асинхроннйй двигатель, подключенный. к преобразователю частоты с каналами управления амплитудой.и частотой на" пряжения, датчик тока двигателя,связанный выходом с первым входом пер вого блока суммирования, второй вход которого соединен через регулятор скорости с выходом второго блока суммирования, а выход первого блока суммирования через регулятор тока соеди-. нен с входом канала управления амплитудой напряжения преобразователя чаcToTbl импульсньй датчик скорости двигателя, выходом подключенный к первому входу сумматора частоты, выходом связанного с входом канала управления частотой преобразователя частоты, а второй вход сумматора частот соединен с блоком задания частоты тока ротора, выход импульсного ,датчика скорости двигателя через преобразователь частота-напряжение связан с первым входом второго блока суммирования, второй вход которого соединен с блоком задания скорости, отличающийся тем, что, с целью повыаения точности регу. лирования и быстродействия и упрощения схемы, введены нелинейный блок обратной связи по току, реализующий функиию

Uz= О, при Т (Т

8 т э управляемый нелинейный блок обратной связи по скорости, реализующий функцию и блок усреднения импульсной последовательности, причем нелинейный блок обратной связи по току соединен входом с выходом датчика тока и выходом связан с первым входом первого блока суммирования, нелинейный блок обратной связи .по скорости первым входом соединен с выходом преобразо- > е вателя частота-напряжение, вторым входом связан с блоком задания ско- фф рости, а выходом подключен к первому входу второго блока суммирования, С» блок усреднения импульсной последовательности входом соединен с выхоI дом сумматора частот, а выходом подключен к входу канала управленйя частотой напряжения преобразователя, где Uт и U „с - выходные сигналы нелинеййых блоков обратной связи ro а,Д току и скорости, I 5 — ток статора, U сигнал скорости,I ., 0 — сигналы ограничения по току и скорости, фф

U — сигнал задания.

2. Электропривод по п,1, о т л и ч а ю шийся тем, что сумматор частот содержит первую и вторую ячейки ИЛИ, ячейку И, узел временной задержки, блок усреднения импульсной последовательности, реверсивный счетчик, преобразователи код-ток и токчастота, при этом первый вход первой ячейки ЙЛИ связан с блоком задания частоты тока ротора, а вторым входом соединен с выходом импульсного датчика скорости, вторая ячейка ИЛИ первым :входом соединена с выходом первой ячейки ИЛИ, вторым входом череЪ.

)зел временной задержки связана с вы=, 1072230

50 ходом ячейки И и выходом подключена к суммирующему. входу реверсивного . счетчика, преобразователь код-ток входами соединен с выходами реверсив-. ного счетчика,,а выходом подключен к входу преобразователя ток-частота, выход преобразователя ток-.частота соединен с вычитающим входом ревер4

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к частотно-управ-ляемым тяговым электроприводам с асинхронными короткоэамкнутыми двигателями, и может быть использовано 5 при создании тяговых приводов осей колесных трайспортных средств, особенно с автономными источниками энер, гии на основе дизель-генераторов. ,Известен частотно-управляемый .тяговый электропривод, содержащий асинхронный .двигатель, подключенный к. преобразователю частоты, импульсный датчик скорости на валу двигателя, соединенный с блоком суммирования частот с перестраиваемым коэффициентом деления, функциональный преобразователь частота-напряжение Г13.

Недостатками известного устройства являются сложность, невысокая точность управления и низкое быстро- 2О действие..

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является час- тотно-управляемый тяговый электропривод, содержащий асинхронный дви- 25 гатель, подключенный к преобразователю частоты с каналами управления амплитудой и.частотой напряжения, датчик тока двигателя, связанный выходом с первым входом первого блока 39 суммирования, второй вход которого соединен через регулятор скорости с выходом второго блока суммирования, а выход первого блока суммирования чеРез регулятор тока соединен с вхо- З5 дом канала управления амплитудой напряжения преобразователя частоты, импульсный датчик скорости двигателя, выходом подключен к первому входу сумматора частоты, выходом связанного с входом канала управления частотой преобразования частоты, а второй вход сумматора частот соединен с блоком задания частоты тока ротора, кроме того, выход импульсного датчика скорости двигателя через преобразова- 45 тель частота-напряжение связан с первым входом второго блока суммирования, второй вход которого соединен с блоком задания скорости.

Сумматор частот суммирует две импульсные последовательности с частосивного счетчика и с входом .канала управления частотой напряжения преобразователя частоты, при этом первый вход ячейки И соединен с . выходом импульсного датчика - скоростй, а второй вход— с блоком задания частоты тока ротора.

2 тами, пропорциональными частоте вращения ротора двигателя и задаваемой частотой тока ротора. Кроме того, известный частотно-управляемый тяговый электропривод включает в себя два блока нелинейндстей, преобразователь напряжение-частота и второй блок суммирования (2).

Недостаткаьж известного частотноуправляемого тягового электропривода являются .сложность схемы, невысокая точность регулирования и недостаточно высокое быстродействие. Сложность схемы обусловлена .большим количеством нелинейных блоков, реализация которых приводит к громоздким схемным решениям и затрудняет настройку привода.

Это же приводит и к невысокой точности .регулирования, поскольку точнос ть воспроизведения требуемых характеристик зависит от точности реализации нелинейностей и стабильности характеристик блоков нелинейностей. Снижает точность и стабильность реализация. блоков суммирования на основе дискретных сумматоров без средств коррекции, так как суммарные импульсные последовательности, вопервыйх, будут неравномерными, а, во-вторых, будут иметь потерю информации. При ступенчатом изменении сигнала задания иэ-за большего быстродействия канала управления частотой в первой Фазе разгона двигатель окажется на неустойчивой части характеристики, что увеличит время разгона.

Цель изобретения — повышение точности регулирования и быстродействия и упрощение схемы частотно.-управляемого тягового.электропривода.

Поставленная цель достигается тем, что в частотно-управляемый тяговый электропривод, содержащий асинхронный двигатель, подключенный к преобразователю частоты с каналами управления амплитудой и частотой напряжения, датчик тока двигателя, связанный выходом с первым входом первого блокй суммирования, второй вход которого соединен через регулятор скорости с выходом второго блока суммирования, а выход первого блока суммирования

1072230 через регулятор тока соединен с вхо-дом канала управления амплитудой на пряжения прео"разователя частоты, импульсный датчик скорости двигателя, выходом подключенный к первому входу сумматора частоты, выходом свя- 5 занного с входом канала управления частотой преобразователя частоты, а второй вход сумматора частот соединен с блоком задания частоты тока ротора, кроме того, выход импуль- I0 сного датчика скорости двигателя через преобразователь частота-напряжение связан с первым входом второго блока суммирования, второй вход которого соединен с блоком задания g5 скорости, введены нелинейный блок обратной связи по току, реализующий функцию

U = Опри I cI отс

U = К .(I -Т ), при Т v Т I управляемый нелинейный блок обратной связи по скорости, реализующий функ" цию

"е = 0 "ри " о "е (" зс)

" co ото (" Зе ) при

30 и блок усреднения импульсной последовательности, причем нелинейный блок обратной связи по току соединен вхо- 35 дом с выходом датчика тока, и выходом связан с первым входом первого блока .-суммирования, нелинейный блок обратной связи по скорости первым входом соединен с выходом преобразователя 40 частота-напряжение, .а вторым входом связан с выходом блока задания скорости, а выходом подключен к первому входу второго блока суммирования, блок усреднения импульсной последовательности входом соединен с выходом сумматора частот, а выходом подключен к входу канала управления частотой напряжени преобразователя, где У.р и Uo - выходные сигналы нелинейййх блоков обратной связи по току и скорости, т — ток статора, U -- сигнал скорости, I» U « сйгналы ограничения по току и скорости, U> - сигнал задания.

Кроме того, сумматор частот со- 55 держит первую и вторую ячейки ИЛИ, ячейку И:, узел временной задержки, блок усреднения импульсной последовательности, реверсивный счетчик, преобразователи код-ток и ток-час- щ тота, при этом первый вход первой ячейки ИЛИ связан с блоком задания частоты тока ротора, а вторым входом - с выходом импульсного датчика скорости, вторая ячейка ИЛИ первым входом соединена с выходом первой ячЕйки ИЛИ, вторым входом через узел временной задержки связана с выходом ячейки И и выходом подключена к суммирующему входу реверсивного счетчика, преобразователь код-ток входами соедйнен с выходами реверсивного счетчика, а выходом подключен к входу преобразователя ток-частота, выход преобразователя ток-частота соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика и с входом канала управления частотой напряжения преобразователя частоты, при этом первый вход ячейки И соединен с выходом импульсного датчика скорости, а второй вход -. с выходом блока задания частоты тока ротора.

На фиг.1 приведена функциональная схема частотно-управляемого тягового электропривода; на фиг.2 — семейство механических характеристик электропривода на фиг.3 — функциональная схема сумматора частот и блока усреднения импульсной последовательности; на фиг.4 — диаграммы, поясняющие работу этих блоков.

Частотно-управляемый электропри.вод (фиг.1} содержит асинхронный двигатель 1, подключенный к преобразователю 2 частоты, с каналами управления амплитудой напряжения (тока) и и частотой Kf датчик 3 тока двигателя через йелинейный блок 4 обратной связи по току соединен с первым входом первого блока 5 суммирования, второй его вход через регулятор б скорости связан с выходом второго блока 7 суммирования, а выход первого блока 5 суммирования соединен через регулятор 8, тока с каналом управления амплитудой напряжения нреобразователя частоты. Импульсный датчик 9 скорости двигателя выходом подключен к первому входу (Kf ) сумматора 10 частот, а второй вход сумматора частот (.Kf ) соединен с блоком задания частоты тока ротора (не показан), выход сумматора частот через блок 11 усреднения импульсной последовательности соединен с входом канала управления частоТой напряжения (Кf ), кроме того, выход импульср сного датчика скорости через преобразователь 12 частота-напряжение соединен с первым входом нелинейного блока 1-,3 обратной связи по скорости, второй вход которого связан с блоком задания скорости, а выход соединен с первым входом второго блока 7 суммирования, второй вход которого связан с блоком задания скорости.

Сумматор 10 частот (фиг.3) содержит первую ячейку ИЛИ 14, первый вход (КГ„) которой связан с блоком задания частоты тока ротора, а второй вход (Kf,„) — с выходом импульс-. ного датчика скорости, выход первой

1072230 ячейки ИЛИ соединен с первым входом второй ячейки ИЛИ 15, второй вход которой чеэер узел 16 временной задержки соединен с выходом ячейки И 17, первый вход которой соединен с выходом импульсного датчика скорости, а второй - с блоком задания частоты тока ротора, причем выход второй ячейки ИЛИ (Kf ) подключен к входу блока 11 усредйеиия импульсной последовательности, Блок усреднения импуль10 сной последовательности .содержит реверсивный счетчик 18, суммирующим вхо дом подключенный к выходу функциональ ного преобразователя, а выходами соединенный с гходами преобразователя 1915 код-ток. Выход преобразователя кодток соединен через преобразователь

20 ток-частота с вычитающим входом реверсивного счетчика и с входом канала управления частотой напряжения пре20 образователя.

Частотно-управляемый тяговый электропривод работает следующим образом.

При подаче на управляющие входы сигнала задания скорости (U3 ) и- импульсной последовательности с частотой Kf пропорциональной требуемой частоте тока ротора, на асинхронный двигатель 1 (фиг.1) с преобразователя частоты 2 будет подано напряжение с частотой f и амплитудой, определяемой величийой сигнала задания скорОсти U . Величина тока статора

Зс двигателя начинает нарастать и с выхода датчика 3 тока подается сигнал на вход нелинейного блока 4 обратной связи по току. Однако, пока эффективное значение тока будет меньше величины тока отсечки, определяемого параметрами блока 4, на выходе последнего сигнал будет равен 4р нулю. При достижении T > = Io блок 4, открывается и с его выхода на первый вход первого блока 5 суммирования будет поступать сигнал отрицательной обратной связи U т = К (Т з I )45 где он будет сравниваться с сигналом задания тока 0, поступающего через регулятор 6 скорости с выхода второго блока 7 суммирования и уже результирующий сигнал <<ре3 регуля» 5р тор 8 тока подается на вход канала управления амплитуды преобразовате.ля 2 частоты, что приводит к ограничению величины тока статора на уровнях соответствукщих допустимым мо- ментам трогания двигателя (М,фиг.2), Ф

Привод начнет разгоняться на участках Сй(фиг.2) в режиме ограничения максимального момента. При развороте двигателя 1 на выходе импульсного датчика 9 скорости (фиг.1) на- 60 чнет формироваться импульсная последовательностЬ с частотой Kf пропорциональная скорости вращения двигателя. Эта последовательность суммируется в сумматоре 10 частот с 65 импульс ной последов ательностью частоты тока ротора KfÄ и уже результирующая импульсная последовательность через блок 11 усреднения импульсной последовательности поступает на вход канала управления частотой напряжения преобразователя (Kf ). По мере

Sp разгона привода частота на входе преобразователя частоты возрастает, а величина тока статора Т> уменьшается. При, снижении .величины тока до j; = I блок 4 отключает канал з отс обратной связи по току, а привод переходит в режим формирования тяговых характеристик (участки bc, фиг.2).

В этом режиме оба канала обратных связей разомкнуты. При снижении момента нагрузки скорость привода будет нарастать, при этом на выходе преобразователя 12 частота-напряжение (фиг.1) будет увеличиваться сигнал U . При увеличении скорости до уровня, соответствующего 0,„ =

U (U ) нелинейный блок 13 замкотс зс нет цепь обратной связи по скорости и подаст сигнал 0„ =К,„(0 -0 (0 )) на первый вход второго блока 7 суммирования. Электропривод будет работать на участках ab механических характеристик (фнг.2) в режиме ограничения скорости. Для того, чтобы на каждой частичной характеристике семейства ограничивать скорость на уровне, соответствующем сигналу задания, уровень эталонного напряженИя блока 13 t: (t> ) перестраивается em зс в зависимости от уровня сигнала задания скорости.

Суммирование двух импульсных последовательностей в сумматоре 10 частот (фиг.1 и 3) и усреднение суммарной последовательности в блоке 11 (фиг.З) осуществляется следующим образом. Для этого импульсные последовательности с частотами Kf и

Kf (фиг.3 и 4) подаются на первый и второй входы первой ячейки ИЛИ 14 (фиг.3), где импульсы одной последовательности вписываются между им- пульсами другой последовательности и через вторую ячейку ИЛИ 15 (фиг.3). поступают на выход сумматора частот.

Однако при совпадении импульсов во. времени будет потеряна информация о частоте на. величину ь г (фиг. 4 ), что осОбенно ощутимо на низких скоростях. для исключения этого явления на второй вход второй ячейки ИЛИ 15 через узел 16 временной задержки с выхода ячейки И 17 подаются импульсы коррекции, Формируемые при совпадении на входе ячейки И импульсов суммируемых последовательностей. Импульсы коррекции сдвигаются на интервал .узлом 16 временной задержки и вписываются в суммарную последовательность второй ячейкой ИЛИ 15. Однако на выходе этой ячейки суммарная импуль1072230 сная последовательность Kf (фиг.З и 4) будет неравномерной и непригодной для непосредственного управления частотой преобразователя. Для усреднения эта последовательность подается на суммирующий вход реверсивного счетчика 18 (фиг.3), с которого считываются коды частоты и преобразователем 19 код-ток преобразуются в ток 1 (фиг.З и 4). Далее величина тока преобразователем 20 ток-частота 10 преобразуется в равномерную импульсную последовательность Kr (фиг.З и 4), поступающую на вычнтающий вход реверсивного счетчика и на вход канала управления частотой напряжения 15 преобразователя частоты. Таким образом, при постоянной скорости электропривода реверсивный счетчик находится в равновесном состоянии, переключается лишь младший разряд. В дрейфе параметров .преобразователя токчастота частота следования импульсов на вычитающем входе счетчика изменится, а схема автоматически скомпенсирует это отклонение частоты.Кроме того, для повышения стабильности в схеме вместо преобразователя напряжение-частота применен более стабильный преобразователь ток-частота.

Таким образом, применение типовых нелинейных блоков, а также управлениеЗ0 приводом только по одному каналу и формирование основных (тяговых) участков характеристик при постоянной частоте тока ротора иэ-за естественных свойств машины упрощает схему ча- стотно-управляемого тягового электропривода, увеличивает точность регулирования и быстродействие.

К повьпаению точности регулирования средней н мгновенной скоростей приводит введение канала коррекции в сумматоре .частот, а также включение блока усреднения суммарной импульсной последовательности.

Органиэация управления только по каналу управления амплитудой напряжения обеспечивает форсированное изменение момента и компенсацию влияния наибольших внутренних инерционностей привода.Независимость частоты тока ротора от сигналов управления скоростью стабилизирует взаимную ориентацию векторов внутренних переменных двигателя и прзволяет работать на оптимальных по минимуму потерь хара ктеристиках. Независимое же воздействие на частоту тока ротора позволяет автономно регулировать тягу в зависимости от изменения условий движения.

1072230

1072230 кфир

Составитель В. Тарасов

Редактор Н.Руднева Техред О.Неце Корректор В. Бутяга

«» .4

Заказ 142/50 Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.

113035, Москва, F-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4