Регулятор частоты для асинхронного тягового электропривода

 

1. РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ ДЛЯ АСИНХРОННОГО ТЯГОВСЯХ) ЭЛЕКТРОПЙИВОДА с заданием частоты скояьжейиядвигатепя в фушсиин частоты его врашенвя ,содержащий поспедоватепьио соединенные датчик частоты вращения, енапиэатор диапазонов частоты вращения, регистр памяти кода частоты вра1аения, бпсж задания кода частоты скольжения и преобразователь кода в частоту скольвкения/ формирователь временной диаграммы, шщкпючентлй к анализатору диапазонов частоты вращений и регистру памяти, алгебраический сумматор частот вращения и скольжения, соединенный с датч ксм частоты, вращения, преобразователем кода в частоту скольжеШ1я и задатч к % режю«1а работы электродвигателя, выход задатчика режима работы электродвигателя дополнительно соединен с бпоксм задания кода частоты скольжения, отличающийся тем, что,, с делыа уменыпения аппаратурных затрат, . првышеюш точности регулирования и пооучеиия возможности плавной перестройки характеристик регулирования без изменения структуры регулятора, введен генератор регулируемой опорной частоты, блок задания кода частоты скольжения /выполнен в виде постоянного программируемого запс инаюшего блока, а преобразователь кода в частоту скольжения выполнен в виде делителя частоты с перекюнным коэффициентом -деления, реализующим функпию f i , u S Аи f {. где IQ - частота г«ввратора регулируемой опорной частоты; / kg - код на выходе постоянного программируемого запсй инаюшего ю блока; Од П - разрядность делителя с иерею KiBHi&tM коэффициентом деления при этом выход генератора регулируемой СП опорной частоты соединен с вторым входом преобразователя кода в частоту скольжения.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕ(НИХ

РЕСОУБ ЛИК

„ЯО„„1026275 A

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛ4М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫПФ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ! :: - *, Й АВТОРСКОМУ СВЗЩЕ1 ЕЛЬСТВУ (21) 3407687/24-.07 (22) 10.03.82 (46) 30.06.83. Бюп. 3k 24 (72) Я.А. Брискман и М.Е. Шор (71 ) Всесоюзный научно-. исспедоватепьокий, проектно-конструкторский и технологический институт кранового и тягового епектрооборудова пня (53) 62 83;621.313.333 (088.8) (56) 1. Авторское свидетепьство СССР

l4 609299, кп. Н 02 P 7/42, 1976.

2. Регупятор частоты дпя асинхронного тягового епектропрнвода. - Эпвктро-, техническая промышпенность, сер. Тяговое н ноцьемнотранспортное епектрообо» рудованке . 1981, вып. 4(76), с 1 3. (64)(57) 1. РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ ДЛЯ

АСИНХРОННОГО ТЯГОВОР ЭЛЕКТРО

ПРИВОДА с заданием частоты сконьжа иия двигатепя в функпни частоты его spaщения, содержащий поспедоватепьно соединенные датчик частоты вращения, анапиэатор диапазонов частоты., вращения, реГистр памяти кода частоты вращения, бпок задания кода частоты скольжения н прзобраэоватепь кода в частоту скопыкения, формироватепь временной диаграммы, подкпюченный к анализатору диапазонов частоты вращения и регистру памяти, .апгебраический сумматор частот враще»ння и скопьжени, соединенный с датчи» . ком частоты вращения, преобразоватепем кода в частоту скопьження и эадатчиком режима работы эпектродвигатепя, выход задатчика режима работы епектро двигателя дополнительно соединен с бпоком задания кода частоты скольжения, о t и и ч а ю шийся тем, что, с пеа 1е уменьшения аппаратурах затрат, . повышения точности регулирования и по учения возможности ппавной перестрой ки характеристик регупирования без изменения структуры регулятора, введен генератор регупнруемой опорной частоты, бпок задания кода частоты скопьження вьивпнеи в виде постоянного программируемого запоминающего бпока, а преобразователь кода в частоту скольжения выпопнен в виде депитепя частоты с переменным коеффипиентом депения, реализукхдим Функпию о

f. = — „м,, B где 0 - частота генератора регупируе» мой oaopiml частоты;

k+ - код на выходе постоянного программируемого запоминающего бпока; п -. разрядность делителя с пере- © менным коеффидиентом деления, Ю при,етом выход, генератора регулируемой а ф опорной частоты соедини с вторым вхо- (д дом преобраэоватепя кода в частоту сколыкення»

6275

102

2. Регулятор по и, 1, о т л и ч а юш и и с я тем, что, с целью .расширения функциональны х возможностей. путем обеспечения управления несколькими двигателями с улучшенным токораспрвде пением между двигателями, введен муль типлексор, постоянный программируемый запоминаюший блок содержит индивидуальные регистры памяти по числу управ ляемых двигателей, а формирователь вре» менной диаграммы снабжен двумя дополнительными выходами и шестью информационными выходами, при этом датчики частоты врашения каждого двигателя подключены к входам мультиплексора, остальные входы которого соединены с основным и дополнительными выходами формирователя временной диаграммы, a .

- выход мультиплексора соединен с анализатором диапазонов частоты вращения, первый и второй информационные выходы формирователя временной диаграммы подключены к индивидуальным регистрам памяти, третий, четввртйй - к анализатору диапазонов частоты врашения, а пятый и шестой « к регистру памяти кода частоты врашения, выходы индивидуальных регистров памяти соединены с соответствуюшими преобразователями кода в час.тоту скольжения.

Изобретение относится к электротехни-. ке, а именно к автоматизированному элвктропривоцу, в частности к устройствам регулирования частоты асинхронных двигателей, и может быть использовано в . 5 частотно-регулируемых приводах как общепромышленных, так и преимушественно транспортных объектов.

Известен регулятор частоты для управления асинхронным двигателем, в котором оптимизация характеристик электропривода достигается заданием астоты скольжения двигателя в функции частоты его врашения, для,чего регулятор содержит алгебраический сумматор час- 15 тот, к одному входу которого датчик частоты врашения двигателя подключен непосредственно, а к другому через блок формирования частоты скольжения. Последний, в свою очередь, содержит блок 20 масштабирования частоты вращения ротора, блок алгебраического суммирования и блок задания частоты, при этом обеспечивается регулирование частоты скольжения по закону 25

1„ с

5 60 () где fg - регулируемая частота скольжения; частота врашения ротора; 30 — максимальная задаваемая час%о тота скольжения при $ = О;

К - масштабный коэффициен P).

Недостатком устройства является невоэможность реализации сложных нели35 немых зависимостей 1; (j ), обеспечи2 ваюших оптимизацию характеристик электропривода в широком скоростном диапазоне.

Наиболее близким к предлагаемому является цифровой регулятор частоты асинхронного тягового привода, содержащий последовательно соединенные датчик частоты врашения, анализатор диапазонов частоты вращения, регистр памяти кода частоты вращения, блок задания кода частоты скольжения, преобразователь кода в частоту скольжения, формирователь временной диаграммы, поцключенный к анализатору диапазонов частоты вращения и регистру памяти, алгебраический сумматор частот вращения и скольжения, соединенный с датчиком частоты вращения, преобразователем кода в частоту скольжения и задатчиком режима работы электродвигателя, выход задатчика режима работы электродвигателя дополнительно соединен с блоком задания кода частоты сколыкения (21.

В данном устройстве реализация упомянутой нелинейной зависимости осушествляется методом кусочно-линейной аппроксимации, при этом в каждом из диапазонов 1.(1 — „(„) обеспечиваются различные законы изменения частоты скольжения, описываемые в общем виде зависимостью

Высокая точнос()"ь реализации требуемой зависимости f ($„) может быть достигнута в известном устройстве толь3 1 0262 ко за счет увеличении числа участков аппроксимации, что приводит к увеличению аппаратурных затрат, успожнению схемы регулятора и снижению надежйости его работы. Аппаратурные затраты возрастают еще допопнитепьно в связи с тем, что в тяговом и тормозном режимах эпектропривода реапиэуются принципиапьно раэпичные функциональные завнсимости f g (4 г). 10

Масштабный коэффициент К; в каждом из диапазонов задается в этом устройстве дискретно, что искпючает возможность плавной перестройки реализуемой нелинейной зависимости в процессе согпасования параметров привода. Перестройка реапиэуемой нелинейной зависимости осуществляется только индивидуапьно в пределах каждого иэ диапазонов, что не поэвопяет вводить обитую коррекцию характеристики в зависимости, например, от температуры обмолвок двигателя ипи тока на входе преобразоватепя в тормозном режиме привода.

Алгебраический сумматор в известном устройстве осуществпяет и в тяговом и s тормозном режимах суммирование или вычитание (в зависимости от диапазона) трех снгнапов

,= „+ +1 „„.+ — . (3) Зо

Это привоаит к допопнитепьному усложнению схемы регупятора частоты.

Бель изобретения — уменьшение аппаратурных затрат, повышение точности регуцирования и чолучение возможности ппавной перестройки характеристик регупирования без изменения структуры регулятора.

Поставленная цель достигается тем, 40 что в регулятор частоты дпя асинхронного тягового электропривода с заданием частоты скопыкения двигателя в функции частоты его вращения, содержащий поспедоватепьно соединенные датчик частоты вращения, анализатор диапазонов част о45 ты вращения, регистр памяти . к ода частоты вращения, блок зеаания кода частоты скольжения,преобраэовптель кода в частоту сколь-, жения,формирователь временной анаграммы подключенный к анализатору пиапазонов час- 5

50 тоты вращения н регистру памяти, алгебраический сумматор частот вращения и скопьжения, соединенный с датчиком частоты вращения,. преобразоватепем кода в частоту скопьжения и задатчнком режи« ма работы эпектродвигателя, выход задатчика режима работы эпектродвигатепя допопнитепьно соединен с блоком за75 4 дания кода частоты скольжения, введен генератор регулируемой опорной частоты, блок эааания кода частоты скольжения выпопнен в виде постоянного программируемого запоминающего бпока, а преобразоватепь кода в частоту скольжения выпопнен в вице депитепя частоты с переменным коэффициентом депения, реапиэующим функцию о (4) где fo - частота генератора регупиру емой опорной частоты;

К - код на выходе постоянного программируемого запоминающегo блока;

И вЂ” раэряаность депитепя с переменным коэффициентом депения, при этом выход генератора регупируемой опорной частоты соединен с вторым входом преобраэоватепя кода в частоту. скопьжеиия.

С цепью расширения функционапьных возможностей путем обеспечения управпения несколькими авигатепями с упучшенным токораспределением между цвига- . тепями в регупятор частоты дпя асинхронного тягового эпектропривода введен мультиппексор, постоянно программируемый запоминающий блок содержит индивидуапьные регистры памяти по числу управляемых двигатеней, а формироватепь временной диаграммы наряду с основным выходом, на котором формируются импупьсы частоты 1м, снабжен двумя аопопнительными выходами, где формируются инверсные межцу собой сигналы частоты /2, и шестью информационными выходами, при этом датчики частоты враще» ния каждого двигатепя подкпючены к входам мупьтиппексора, остальные входы которого соединены с основными и допопнитепьными выходами формирователя временной диаграммы,. а выход мупьтиппексора соединен с анапизатором диапазонов частоты вращения, первый и второй информационные выходы формирователя временной диаграммы подключены к ииаивиауапьным регистрам памяти, третий и .четвертый — к анализатору диапазонов частоты вращения, а пятый и шестой - к регистру памяти коаа частоты вращения, выходы инаивицуапьных регистров памяти соединены с соответствующими преобраэоватепями кода в частоту скольжения.

На фиг. 1 преаставпена бпок-схема регулятора частоты дпя асинхронного тя1026275.гового электропривода; на фиг. 2 — то же, применительно к двухдвигательному приводу; на фиг. 3 — нелинейная зависимость 1 () и ее кусочно-ступенча5 тая аппроксимация; на фиг. 4 - временная 5 диаграмма работы предлагаемого регулятора частоты, Регулятор частоты асинхронного тягового электропривода содержит последовательно соединенные датчик 1 частоты вращения двигателя, анализатор 2 диапазонов частоты вращения, регистр 3 памяти кода частоты вращения, постоянный программируемый запоминающий блок 4, преобразователь 5 кода в частоту скольжения и алгебраический сумматор 6 час тот вращения и скольжения. Выход датчи« ка 1 частоты вращения подключен также к второму входу сумматора 6, дополнительные входы анализатора 2 диапазонов и регистра 3 памяти подключены к выходам формирователя 7 временной диаграммы, а дополнительный вход преобразователя 5 кода в частоту скольжения подключен к генератору 8 плавно регулируемой частоты. Задатчик 9 режима соединен с дополнительным входом сумматора 6 частоты вращения и скольжения и с постоянным программируемым запоминающим блоком 4. 30

Регулятор частоты двухдвигательного асинхронного тягового электропривода (фиг. 2) помимо указанных блоков содержит мультиплексор 10, а постоянный программируемый запоминающий блок 4 содержит цва индивидуальных регистра

11 памяти, формирователь 7 временной диаграммы снабжен основным выходом

12, на котором формируются импульсы частоты f p и дополнительными выхода- 40 ми 13 и 14, где формируются инверсные между собой сигналы частоты f < /2, и шестью информационными выходами 1520, при этом датчики 1 частоты вращения каждого двигателя подключены к 45 входам мультиплексора 10, остальные входы которого соединены с основным выходом 12 и дополнительными выходами 13 и 14 формирователя 7 временной диаграммы, а выход мультиплексора 10 соединен с анализатором 2 диапазонов частоты вращения, первый и второй информационные выходы 15 и 16 формирователя 7 временной диаграммы подклк чены к индивидуальным регистрам 11

55 памяти, третий и четвертый информапи« онные выходы 17 и 18 указанного формирователя — к анализатору 2 диапазонов частоты вращения, а пятый и шестой информационные выходы 19 и 20 - к регистру 3 памяти кода частоты вращения, выходы индивидуальных регистров 11 памяти соединены с соответствующими преобразователями 5 кода в частоту скольжения.

Устройство работает следующим образом.

В течение фиксированного интервала времени, задаваемого формирователем 7 временной диаграммы анализатор 2 диапазонов частоты вращения; выполненный на базе двоичного счетчика, считает импульсы частоты f.„„, поступающие на его вход от датчика 1 частоты вращения.

В конце указанного интервала времени код на выходе анализатора 2 диапазонов, пропорциональный частоте вращения двигателя, по команде формирователя временной диаграмМы записывается в регистр 3 памяти кода частоты вращения, представляющего собой совокупность

Q -триггеров, после чего счетчики анализатора 2 обнуляются, и начинается новый цикл измерения.

Код частоты вращения kq< и сигнал задания режима поступают на ахоп постоянного программируемого запоминающего. блока 4, определяя адрес, по которому записан код частоты скольжения

1 ;, соответствующий измеренному значению частоты вращения 4 г, (фиг. 3).

Весь объем памяти постоянного програм- мируемого запоминающего блока разделен на два сегмента, в одном из которых: записана требуемая зависимость | (1 для тягового режима, а в другом - цля тормозного. Тот или иной сегмент выбирается сигналом задания режима. Постоя нный программируемый запоминающий

О блок 4 представляет собой электрически программируемое (путем пережигания перемычек) устройство с объемом памяти М л, где Я - число записанных слоев; пч - разрядность каждого слова.

В данном случае число дискретных значений fpj, на которое разбит весь диапазон изменения частоты вращения х (фиг. 3), с учетом двух режимов работы равно /2, а разрядность кода частоты скольжения равна Ф . Таким образом, при выборе постоянного программируемого запоминающего блока с соответствующим объемом памяти, а также при ",оответ-ствующей разрядности счетчиков анализатора диапазонов и регистра памяти кода частоты враше щя требуемые функциональные зависимости f.g (Х .) могут быть реализованы с любой заданной точностью.

1 026275

Преобразоватепь 5 кода в частоту скопьжения представляет собой делитель частоты с переменным .Коэффициентом цепения, обеспечивающий преобразование опорной частоты 4о, поступающей на его вхоц от генератора 8, и коца частоты скольжения К, поступающего с выхоца постоянного программируемого запоминающего бпока 4, в частоту скоп жения k в соответствии с соотношением

10 гце h - разрядность цепитепя с переменным коэффициентов цепения. .Частота скопьжения 4> с выхода пре- 1 образоватепя 5 поступает на вход апгебраического сумматора 6 частот, гце в зависимости от сигнала задания режима суммируется с частотой 1 т (в тяговом режиме) ипи вычитается из нее (в тормозном режиме). Выходной сигнап сумматоРа 6 f < = т, «+ $ + постУпает в систему управпения преобразоватепя частоты, питающего асинхронный двигатепь.

При управпении несколькими двигателями, например цвумя, регулятор частоты работает спецующим образом.

Формирователь 7 временной циаграммы, состоящий из зацающего генератора стабильной частоты 1о, цепитепя частоты и распрецепитепя импупьсов, вырабатывает на раздельных выходах после-. ° цоватепьности прямоугопьных импульсов частотой L щ, E 4q f g2 поступающие на вход имультиппексора 10 (фиг.4). Им-35 йупьсы последовательности f А и 1 А

41 инверсны цруг относитепьно друга, а их частоты fp,< =44,2 = 4> (2 . Ha другие входы мупьтиппексора 10 поступают поспецоватепьности прямоугольных импуль- 40 сов частотой 1 и 1 ч. с датчиков 1 частоты вращения.

В течение попожитепьного попупериоца частоты f 44 производится анапиз импульсов частоты вращения f t . При этом в 45 течение положительного полупериоца частоты 144 мупьтиппексор 10 пропускает на вход анапизатора 2 диапазонов. импупьсы .частоты f„, которые считаются счетчиком анапиэатора диапазонов и к ! 50 концу цоложительного попупериоца частоты 1щ на выходе анализатора 2 циапазонов формируется коц К 1 ° В течение отрицательного попупериода частоты f 44 прохождение импульсов 1 т,, на вход анапи55 затора 2 диапазонов блокируется и производится обработка полученного кода Кт т 1 поц управлением формирователя 7 временной диаграммы.

Выхоцной распрецепитепь формироватети временной диаграммы прецставпяет собой сдвоенный цешифратор-мупьтиппэксор

2 у 4. Диаграмма,его выхоцных импульсов, синхронизированных с работой зацающего генератора, прецставпена на фиг. 4.

При Dy = 0 производится запись кода т„ в регистр 3 памяти, цпя чего выход

2< формироватепя 7 временной циаграм« мы поцкпючен к вхоцу регистра 3 памяти.

При О2 = 0 проиэвоцится запись кода частоты скольжения К „, сформированного на ныхоце постоянного программируемого запоминающего бпока 4, в регистр 11 памяти кода частоты скольжения первого двигателя, цпя чего выхоц D2 формирователя 7 временной диаграммы подключен к входу регистре 11 памяти первого двигателя. При Эц = 0 или по перецнему фронту импульса частоты 1т производится обнуцение счетчиков анапиэатора 2 циапазонов, цоспе чего схема готова к анапизу импульсов,частоты вращения второго цвигатепя f 2 °

Этот анализ происходит в течение п пожитепьного попупериоца частоты 1 p,g ..

При этом анапогично описанному выше в течение попожитепьного попупериоца частоты 1щ в анапизаторе диапазонов происхоцит счет импупьсов частоты 1 и формирование кода Кр,. а в течение отрицательного полупериоца частоты 1 M послецоватепьно производятся: запись коца

К pg в регистр 3 памяти, цпя чего выход

Е формироватепя 7 временной диаграммы подключен к входу регистра 3 памяти; запись коца яастоты скольжения Kg2, сформированного на выходе постоянного программируемого запоминающего бпока 4, в регистр 11 памяти кода частоты скопьжения. второго двигатеця, цпя чего выхоц Е2 формироватепя 7 временной циаграммы поцкпючен к входу регистра 11 памяти второго цвигатепя; обнуление счетчйков анапизатора 2 циапазонов при ЕАО ипи по переднему фронту импульса частоты 1 А, после чего, схема вновь готова к анализу импульсов частоты 1,„..

В инцивицуапьных регистрах 11 памяти кОды К и К 2 преобразуются в СОответствии с выражением (4-) в соответст ствующие значения частоты скопьжения и 1 2 . При этом благодаря инцивицуачьным генераторам опорных частот о и 1 02, подключенным к входам преобразователей 5, появпяется возможность индивидуального возцействия на частоту скольжения кажцого цвигателя в функции управпяющих сигналов li и Оу .

Q 1026275 10 что позволяет в случае необходимости . бросе последних сводится при этом лишь улучшать токораспредепение между от- к перестройке индивидуальных генератодельными двигателями либо плавно умень- ров опорной частоты .шать скольжение отдельных двигателей в Таким образом, предлагаемое устройрежиме боксования. Тем самым повыша- 5 ство обладает универсальностью, поскопьется использование тяговых свойств тран- ку дпя использования его в различных спортного средства. В индивидуальных . приводах ипи дпя управления двигателями сумматорах 6 частот (фиг.2) происходит с различнымИ параметрами структура,. алгебраическое суммирование частот f g функциональные связи и схемотехническое и f < с соответствующими частотами tO исполнение основных узлов регулятора и 1 р для получения выходных сиг остаются без изменения, изменяется лишь напов 4 < и 3 <, поступающих в сис»- информация, записываемая в ППЗБ, темы управления индивидуальных преобра- Введение в схему регулятора генераэоватепей частоты, питающих асинхрон- тора плавно регулируемой опорной частоты ные двигатели. 15 1о поэвонЯет> как спедУЕт иэ (4), пцав»

Использование в системе многодвига- но изменять в широких пределах уровень тельного привода мультиплексного разде-, задаваемой частоты скольжения k>, что ленного во времени режима накопления и может быть использовано как при нападобработки информации от отдельных датчи- ке привода, так и дпя управления частоков позволяет существенно уменьшить ап- рО той скольжения в функции управляющего паратурные затраты на реализацию ynpas сигнала Ug (фиг,1), поступающего иэ пяющих и регулирующих устройств приво- системы автоматического регулирования да. привода. Н рассмотренном регуляторе по

В регуляторе частоты при любом чи - сравнению с известным сумматор 6 часпе двигателей используются следующие д5 тот обеспечивает суммирование (вычиобщие функциональные узлы: формирова- тание) лишь двух, а не трех частот, что тель временной диаграммы, мупьтиплек- позволяет упростить схему сумматора. сор с числом каналов, равным числу дви- Таким образом, введение в схему регатепей, анализатор диапазонов, регистр гулятора частоты асинхронного тягового памяти кода частоты вращения, постоян- 30 привода генератора регулируемой опорный программируемый запоминающий блок ной частоты, постоянного программируе(ППЗБ). мого запоминающего блока позволяет доИспопьзование единого постоянного стигнуть высокую точность реализации программируемого запоминающего блока требуемой зависимости частоты скольдпя всех двигателей существенно упроща- жения от частоты вращения ротора при

35 ет настройку регуляторов частоты при воэможности плавного регулирования часмассовом производстве, так как прин тоты скопыкения в широких пределах, а ципиально отсутствует разброс парамет- также использовать в системах аногодвиров нелинейных зависимостей, реапизуе- гательного привода, где улучшается токомых различными регуляторами. Согпасо- 4, распределение между отдельными двигатевание характеристик регуляторов с пара- лями при уменьшении аппаратурных заметрами отдельных двигателей при раз- трат.

1026275

Составитель В. Тарасов

Редактор В. Петраш Техред Л,Пекарь Корректор О. Тигор

Ф.

Заказ 4573/47 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж»35, Раушская наб., д. 4/5

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