Частотно-управляемый тяговый электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике и используется при создании тяговых приводов большой мощности с индивидуальными приводами осей. Цель изобретения - повышение точности регулирования скорости. Электропривод содержит асинхронный двигатель 1, преобразователь частоты 2, блок задания скорости 3, блоки суммирования 4, 6, 7, блок задания частоты тока 5, нелинейные блоки 9, 10, датчик тока 8. В электропривод введены цифроаналоговые преобразователи 11, 12, управляемый нелинейный блок 17, в виде двоичного суммато (Л ND СЛ N9 О ГС «(J. Фиг.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 Н 02 Р 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3761471/24-07 (22) 25. 06. 84 (46). 23.08.86. Бюл. И- 31 (71) Вологодский политехнический институт (72) В.Л. Грузов, В.P. Калинин и Ю.А. Подольный (53) 621.31.3.333.072.9(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1072230, кл. Н 02 P 7/42, 1983.

Авторское свидетельство СССР

У 1211843, кл. Н 02 P 7/42,21.04.84. (54) ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫЙ ТЯГОВЫЙ

ЭЛЕКТРОПРИВОД

„„SU„„ l 252902 А 1 (57) Изобретение относится к электротехнике и используется при создании тяговых приводов большой мощности с индивидуальными приводами осей.

Цель изобретения — повьппение точности регулирования скорости. Электропривод содержит асинхронный двигатель 1, преобразователь частоты 2, блок задания скорости 3, блоки суммирования 4, 6, 7, блок задания частоты тока 5, нелинейные блоки 9, 10, датчик тока 8. В электропривод введены цифроаналоговые преобразователи 11, 12, управляемый нелинейный блок 17, в виде двоичного сумматора 18, преобразователь 16 частотакод. В электроприводе регулирование коэфф. передачи канала .обратной связи по току при формировании сигналов управления амплитудой выполняется на цифровом принципе. Используетея свойство преобразователей 11, 12 перемножать опорный сигнал и код, однако опорный сигнал в элек1252902 тропроводе является переменным. Это увеличивает стабипьность параметров канала. При формировании сигналов управления частотой производится суммирование сигналов непосредственно в кодах, что устраняет погрешности.

Ограничение скорости обеспечивается управляемым нелинейным блоком с повышенной точностью. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к частотно-управляемым тяговым электроприводам с асинхронными короткозамкнутыми двигателями, и может быть использовано при создании тяговых приводов и гребных электроустановок большой мощности с индивидуальными приводами осей (валов).

Цель изобретения — повышение точности регулирования скорости.

На фиг. 1 приведена схема частотно-VnpaasraeMoTo тягового электропривода; на фиг. 2 — схема управляемого нелинейного блока канала обратной связи по скорости; на фиг. 3 механическая характеристика электропривода.

Схема частотно-управляемого тягового электропривода содержит асинхронный двигатель 1, подключенный к преобразователю 2 частоты с каналами управления амплитудой и частотой напряжения, блок 3 задания скорости, выходом соединенный с входом первого блока 4 суммирования, блок 5 задания частоты тока ротора, выходом связанный с вторым входом второго блока 6 суммирования. Выход первого блока 4 суммирования подключен к входу канала управления амплитудой напряжения преобразователя 2 частоты. Выход второго блока, суммирования 6 через первые входы третьего блока 7 суммирования соединен с входом канала управления частотой преобразователя

2 частоты. Датчик 8 тока двигателя выходом связан с входами первого и второго нелинейных блоков 9 и 10, а выход нелинейного блока 9 подключен к входу опорного сигнала цифроаналогового преобразователя 11, цифровые входы которого соединены с вы2 ходами блока 3 задания скорости. Вы-, ход цифроаналогового преобразователя 11 через первый аналого-цифровой преобразователь 12 соединен с первыми входами первых элементов ИЛИ-НЕ 13, выходы которых связаны с вторым входом блока 4 суммирования. Выход вто!

О со вторым входом третьего блока 7 суммирования и со вторым входом управляемого нелинейного блока 17, первый вход которого связан с выходом блока 3 задания скорости, а его выход подключен к вторым входам первых

О .элементов ИЛИ-HE 13.

Управляемый нелинейный блок 17 (фиг. 2) содержит двоичный сумматор

18, вторые элементы ИЛИ-НЕ 19, выходами соединенные с первыми входами двоичного сумматора, элементы И-HE 20, первые входы которых подключены к выходам двоичного сумматора, вторые их входы связаны с выходом переноса старшего разряда этого сумматора, а их выходы соединены с входами третьих элементов ИЛИ-НЕ 21. На входы вторых элементов ИЛИ-НЕ подключен выход блока 3 задания скорости, ко вторым входам двоичного сумматора присоединен выход преобразователя 16 частота — код, а выход третьих элементов ИЛИ-НЕ является выходом блока. Первый нелинейный блок 9 реализует функцию ц =0 при i- a i

5н

И =К (i -i ) приi ài с1 4

Т

ci

U T =K (1 - 1 ) при

35 рого нелинейного блока 10 через второй аналого-цифровой преобразователь

14 соединен с первым входом второго блока 6 суммирования, а выход импульсного датчика 15 скорости через преобразователь 16 частота — код соединен

1252902

2"

Пт

ГДЕ - -, 1 Ц, -,.1, токи двигателя, соответствующие текущему, номинальному и току отсечки; коэффициенты пропорциональности; выходные сигналы нелинейных блоков.

<1) к,,к,к.,к,—

i1 1 . =СЕ -Pl

3 (11 где К.. > К,.

Второй нелинейный блок 10 реализует функцию

U, =0 при 5 г — К, (i-i ) при i ci

Управляемый нелинейный блок канала обратной связи по скорости реализует функцию с

< =0 при Х

OL =К (+ aC.) IIPH С 1 )ССос Ч)

Цифроаналоговый преобразователь реализует функцию

U =U — = KU .( о т1 2" т, З

Частотно-управляемый тяговый электропривод работает следующим образом.

При пуске привода с выходов блока 6 задания скорости (фиг. 1) на 35 первые входы первого блока суммирования 4 подаются коды сс, соответствующие заданному уровню момента в установившемся режиме, а с выхода блока 5 задания частоты тока ротора 40 на вторые входы второго блока 6 суммирования подаются коды р номи1 г.о нальной частоты тока ротора, соответствующей режиму работы на участке

BN механической характеристики 45 (фиг. 3). В результате с выхода первого блока 4 суммирования (фиг.1) коды чисел ;, эквивалентные углам открытия вентилей силового блока 2 преобразователя частоты, поступают 50 на вход канала управления амплитудой напряжения этого преобразователя, определяя начальный уровень напряжения Бз на зажимах статора асинхронного двигателя 1 (фиг.1). 55

Одновременно с выхода второго блока 6 суммирования через третий блок суммирования 7 коды P g подаются на вход канала управления преобразователя 2 частоты, задавая начальную частоту напряжения, подаваемого на двигатель. В результате ток статора двигателя форсированно нарастает, и сигнал на выходе датчика 8 тока достигает уровня, соответствующего вторым участкам характеристик первого и второго нелинейных блоков

9 и 10 (фиг. 1).

Сигнал с выхода первого нелинейного блока 9 подается на первый вход (вход опорного сигнала) цифроаналогового преобразователя 11, на вторые входы которого подаются коды

Ф с выхода блока.3 задания скорости.

В результате, на выходе цифроаналогового преобразователя 11 формируется сигнал где п — разрядность цифроаналогового преобразователя.

Этот сигнал преобразуется первым аналого-цифровым преобразователем

12 в коды чисел

Одновременно сигнал U с выхода

Т2 второго нелинейного блока 10 подается на вход второго аналого-цифрового преобразователя 14, с выхода которого коды чисел 8 (фиг. 1) поступа1 ют на первые входы второго блока 6 суммирования, на выходе которого начинает формироваться код

1 („= Р, . „ пропорциональный сумме кодов номинальной частоты тока ротора и величине отсечки второго нелинейного блока 10 канала обратной связи по току, что определяет уровень частоты тока ротора, близкий, но меньший критической. Если к этому моменту двигатель еще не развернулся, то его режим будет соответствовать точке D механической характеристики (фиг. 3), а если начал вращаться — то участку CD харсактеристики.

1252902!

О кодов (Я 2О По о.

30

При разгоне двигателя на выходе импульсного датчика 15 скорости формируется импульсная последовательность, поступающая на вход преобразователя 16 частота — код. Коды чисел d и ф„„ пропорциональные скорости вращения ротора двигателя, подаются на входы управляемого нелинейного блока 17 и третьего блока 5 суммирования. Пока скорость не достигнет заданного уровня, сигналы на выходе управляемого нелинейного блока канала обратной связи по скорости будут отсутствовать, а коды на выходе третьего блока 7 суммирования будут определяться суммой где p — код, эквивалентный номи гс нальной частоте тока ротора; р, — код, эквивалентный уров(io ню ограничения второго нелинейного блока канала обратной связи по току, определяемый из условия

vg,. (Ð(„- p(, ) a «M р — код эквивалентг .к ный критической частоте тока ротора.

При постоянстве задания с в таком режиме разгон привода будет происходить на участке DC (фиг. 3) характеристики, соответствующем ф

const, f,=const. При увеличении скорости выше точки С величина тока станет меньше уровня ограничения, и при дальнейшем росте скорости код на выходе второго аналого-циф1 - i рового преобразователя 12 начнет изменяться, что приведен к уменьшению частоты тока ротора. Одновременно уменьшается коэффициент передачи первого канала обратной связи по току. Этот режим (участок CN, фиг. 3) характеризуется Ф " const, а характеристика P= const. В точке И (фиг.3) нелинейные блоки каналов обратной связи по току переходят в режим отсечки (U.„ =0, U =О) и при дальнейшем увеличении скорости привод работает на участке ЙВ,f,=const,iф=var.

Е)сли скорость ротора двигателя достигает уровня — ограничения (точка 1, фиг. 3}, на выходе управляемого нелинейного блока канала обрат5

55 ной связи по скорости появляются коды Ы „, замыкается канал отрицательной обратной связи по скорости и привод работает в режиме ограни- ения скорости (ччасток ВА, фиг. 3).

Управляемый нелинейный блок работает следующим образом.

На первые входы (Bi) двоичного сумматора 18 (фиг. 2). через вторые элементы ИЛИ-НЕ 19 подаются коды о с выхода блока 1 задания скорости, а на вторые его входы (A. ) посту1 пают коды А 1 с выхода преобразователя 16 частота — код (фиг. 1), вход переноса младшего разряда Р, двоичного сумматора соединен с общим проводом, а сумматор реализует функцию вычитания М -(, При этом .на выходе переноса страшего разряда P (фиг.2)

4 двоичного сумматора сигнал равен логическому 0" при з > „>, и логической "1" при Ы, а и „ что обеспечивает начальную задержку сигнала обратной связи. Сигнал выходов S . .сум1 матора подается на первые входы элементов И-НЕ 20, на вторые входы которых поступает сигнал переноса старшего разряда сумматора. Сигналы с выходов элементов И-НЕ 20 поступают на входы третьих элементов ИЛИ-НЕ 21, на выходе которых формируются. коды

ot „ сигнала обратной связи по скорости. Причем d„, =0 при

Таким образом, в сравнении с известным электроприводом операция регулирования коэффициента передачи канала обратной связи по току при формирования сигналов управления амплитудой напряжения здесь выполняется на цифровом принципе. При этом использовано свойство цифроаналого-вого преобразователя перемножать опорный сигнал и код с тем различием, что опорный сигнал в предлагаемом приводе является переменным. В результате увеличена стабильность параметров канала. При формировании сигнала управления частотой использование аналого-цифрового преобразователя и преобразователя, частота — код в сочетании с изменением структуры контура позволяет организовать суммирование сигналов непосредственно в кодах и исключить такие операции, как суммирование частот с усреднением суммы, преобразования частота напряжение и напряжения — частота, которые выполняются с достаточно

7 12 большими погрешностями. При организации режима ограничения скорости реализация управляемого нелинейного блока канала обратной связи по скорости на цифровом принципе также позволяет повысить точность в этом канале.

Все это позволяет упростить структуру привода и организовать управление как приводом, так и преобразователем частоты непосредственно кодами, использовав в качестве блоков задания программируемые команды контролеры или управляющие микро-ЦВМ, Все это повьппает точность регулирования скорости.

Фор мул а из о б р е т е ни я

Частотно-управляемый тяговый электропривод, содержащий асинхроиный двигатель, подключенный к преобразователю частоты с каналами управления амплитудой и частотой напряжения, датчик тока двигателя, выходом подключенный к входу первого нелинейного блока, реализующего функцию

И =а при i c т1 s зп

U =K (i -i ) при i i «i (1!

U =K (i -i„) при i i и к входу второго нелинейного блока, реализующего функцию г1 =а при i ci тг 5 5Н

U =K (i -i,„) при i

=K; (i -i ) =const при блок задания скорости, вьгходом соединенный с первым входом первого блока суммирования и с первым входом управляемого нелинейного блока, реализующего функцию

d =О при d.„, ы ос

=Р (сг —,К ) при М 1 второй вход которого связан с импульсным датчиком скорости двигателя, а выход — с вторым входом первого блока суммирования, второй и третий блоки суммирования, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности регулирования ско52902 8 рости, в него введены первый и второй аналого-цифровые преобразователи, преобразователь частота — код, первые элементы ИЛИ-HF по числу входов

5 первого блока суммирования и цифроаналоговый преобразователь, реализующий функцию

Б =Б д. т, 30 где 1 1 1 — токи двигателя, зн тс соответствующие текущему, номинальl ному и току отl5 сечки;

U U U — выходные сигналы ьг 11 т2 нелинейных блоков; (1!

К, К, К, К 1 — коэффициенты про3 1Э 1 9 порциональности, (< )

20 при этом К. К. п разрядность цифроаналогового преобразователя;

* *2 > >oL — коды задания частоты ос. о

25 управляемый нелинейный блок выполнен в виде двоичного сумматора, вторые элементы ИЛИ-НЕ по числу входов двоичного сумматора, элементы

И-НЕ по числу разрядов двоичного сумматора, третьи элменты ИЛИ-HF. no числу разрядов двоичного сумматора, первые входы каждого разряда двоичного сумматора через вторые элементы

ИЛИ-HE образуют первый вход управ35 ляемого нелинейного блока, вторые его входы соединены с выходом преобразователя частота — код, а выходы двоичного сумматора соединены с первыми входами элементов И-НЕ, вторые входы

40 которых связаны с вьгходом переноса старшего разряда двоичного сумматора, а выходы элементов И-НЕ соединены с входами третьих элементов

ИЛИ-НЕ, при этом первый вход цифро45 аналогового преобразователя соединен с выходом первого нелинейного блока, второй его вход связан с выходом блока задания скорости, а его вьгход через первый аналого-цифровой преобра50 зователь соединен с первыми входами всех первых элементов ИЛИ-НЕ, выходы которых подключены к второму входу первого блока суммирования, выходом связанного с входом канала управления амплитудой напряжения преобразователя частоты, вторые входы всех первых элементов ИЛИ-НЕ соединечы с выходами третьих элементов ИЛИ-HF, управля1252902 вания.

Составитель В. Тарасов

Редактор П. Коссей Техред В. Кадар

Корректор А. Обручар

Заказ 4б29)55 Тираж, 631 Подписное

ВНИИНИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб,, д. 4/5 (1роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 емого нелинейного блока, вход второго аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом второго нелинейного блока, а его выход связан с первым входом второго блока суммирования, на второй вход которого подключен выход блока задания частоты така ротора, а выход второго блока суммирования соединен с первым входом третьего блока суммирования, выход которого связан с входом канала управления частотой напряжения преобразователя частоты, выход импульсного датчика скорости соединен с входом преобразователя частота код, выходы которого связаны с вторыми входами третьего блока суммиро