SU1072230A1 - Частотно-управл емый т говый электропривод - Google Patents

Abstract

1. ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫЙ ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий асинхроннйй двигатель,, гюдключенный к преобразователю частоты с каналами . управлени  амплитудой, и частотой на пр жени , датчик тока двигател ,св занный выходом с первым входом пер- вого блока суммировани , второй вход которого соединен через регул тор скорости с выходом второго блока суммировани , а выход первогоблока суммировани  через регул тор тока соединен с входом канала управлени  амплитудой напр жени  преобразовател  частоты , импульсный датчик скорости двигател , выходом подключенный к первому входу сумматора частоты, выходом св занного с входом канала управлени  частотой преобразовател  частотьт, а второй вход сумматора частот соединен с блоком задани  частоты тока ротора, выход импульсного датчика скорости двигател  через преобразователь частота-напр жение св зан С первым входом второго блока суммировани , второй вход которого соединен с блоком задани  скорости , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности регулировани  и быстродействи  и упрощени  схемы, введены нелинейный блок обратной св зи по току, реализующий функцию и О, при Что 5 и к JI S РИ , .Bfb« ,5дтравл е1Уплй нелинейный блок обрат:ной св зи по СКОРОСТИ, реализующий функцию . (и Uoc О- ( Ри Uu) ЗС отс 00 UorJU c U, при U«,U(U3) и блок усреднени  импульсной последовательности , причем нелинейный блок обратной св зи по току соединен входом с выходом датчика тока и выходом св зан с первым входом первого блока суммировани ,, нелинейный блок обратной св зи .по скорости первым входом соединен с выходом преобразоS вател  частота-напр жение, вторым (Л входом св зан с блоком задани  скорости , а выходом подключен к первому входу второго блока суммировани , блок усреднени  импульсной последовательности входом .соединен с выходом cyivMaTOpa частот, а вь1ходом подключен к входу Канала управлени  частотой напр жени  преобразовател , где и и выходные сигналы нелинейных блоков обратной св зи го току и скорости, ig - ток статора, сигнал скорости, lj, , и.-сигналы ограничени  по току и скорости, Ug. - сигнал задани . 2. Электропривод по п,1, о т л и чающийс  тем, что сумматор частот содержит первую и вторую  чей.ки ИЛИ,  чейку И, узел временной задержки , блок усреднени  импульсной последовательности, реверсивный счетчик , преобразователи код-ток и токчастота , при этом первый вход первой  чейки ИЛИ св зан с блоком задани  частоты тока ротора, а вторым входом соединен с выходом импульсного датчика скорости, втора   чейка ИЛИ первым-входом соединена с выходом первой  чейки ИЛИ, вторым входом чёрё /зел временной задержки св зана С вы

Description

ходом  чейки И и выходом подключена к суммирующему, входу реверсивного счетчика, преобразователь входами соединен с выходами реверсивного счетчика,а выходом -подключен к входу преобразовател  ток-частота, выход преобразовател  токгчастота. соединен с Бычитак цим входом реверсивного счетчика и с. входом .канала управлени  частотой напр жени  преобразовател  частоты, пр|1 этом jiepвый вход  чейки И соединен .с . выходом импульсного датчика скорости, а второй вход с блоком задани  частоты тока ротора. .

Изобретение относитс  к электротехнике , а точнее к часто-тно-управл емым т говым электроприводам с . асинхроннь1ми короткозамкнутыми двигател ми , и может быть использовано при создании т говых приводов осей колесных трайспортных средств, особенно с автономными источниками энер .гии на основе дизель-генераторов.

.Известен частотно-управл емый .т говый электропривод, содержащий , асинхронный.двигатель, подключенный .к. преобразователю частоты, импульсный датчик скоростина валу двигател , соединенный с блоком суммировани частот с перестраиваемым коэффициентом делени , функциональный преобразователь частота-напр жение tl).

Недрстатками известного устройства  вл ютс  сложность, невысока  точность управлени  и низкое быстродействие . .

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением  вл етс  частотно-управл емый т говый электропривод , содержащий асинхронный двигатель , подключенный к преобразователю частоты с каналами управлени  амплитудой и- частотой напр жени , датчик тока двигател , св аанный выходом с первым входом первого блока суммировани , второй вход которого V соединен через регул тор скоррсти с выходомвторого блока суммировани , э выход первого блока суммировани  через регул тор тока соединен с входом канала управлени  амплитудой напр жени  преобразовател  частоты, импульсный датчик скорости двигател  выходом подключен к первому входу сумматора частоты, выходом св занного с входом канала управлени  частотой преобразовани  частоты, а второй вход сукматора частот соединен с блоком задани  частоты тока ротора; кроме .того, выход импульсного датчика скорости двиг;ател  через преобразова таль частота-напр жение св зан с первым входом второго блока суммировани , второй вход которого соединен с блоком задани  скорости.

Сумматор частот суммирует две импульсные последовательности с частотами , пропорциональными частоте вращени  ротора двигате.л  и задаваемой частотой тока ротора. Кроме того, известный частотно-управл емый т говый электропривод включает в себ  два блока нелинейнрстей, преобразователь напр жение-частота и второй бло суммировани  С2.

Недрстаткаки известного частртноуправл емого т гового электропривода  вл ютс  сложность схекм, невысока  точность регулировани  и недостаточно высокое быстродействие. Сложность схемы обусловлена .большим количеством нелинейных блоков, реализаци  которых приводит к громоздким схемным решени м и затрудн ет настройку привода.

Это же приводит и к невысокой точ .ности регулировани , поскольку точно уь воспроизведени  требуемых ха .рактерисТик зависит от точности реализации нелинейностей и стабильности характ:еристик блоков нелинейностей . Снижает точность и стабильность реализаци , блоков суммиЕювани  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 задани  из-за большего бы.стродействи  канала управлени  частотой в первой фазе разгона двигатель окажетс  на неустойчивой части характеристики, что увеличит врем  разгона.

Цель изобретени  - повышение точности регулировани  и быстродействи  и упрощение схемы частотно.-управл ёмого т гового.электропривода.

Поставленна  цель достигаетс  тем что в частотно-управл емый т говый электропривод, содержшций асинхронный двигатель, подключенный к преобразователю частоты с каналами управлени  амплитудой и частотой напр жени , датчик тока двигател , св занны выходом с первым входом первого блоки суммировани , второй вход которого соединен через регул тор скорости с выходом второго блока суммировани  а выход первого блока суммировани  через регул тор тока соединен с вхо дом канала управлени  амплитудой на пр жени  преобразовател  частоты, импульсный датчик скорости двигател , выходом, подключенный к первому входу сумматора частоты, выходом св занного с входом канала управлени  частотой преобразовател  частоты, а второй вход сумматора частот соединен с блоком задани  частоты тока ротора, кроме того, выход импуль снОго датчика скорости двигател  , через преобразователь частота-напр  жение св зан с первым входсм второг блока суммировани , второй вход которого соединен с блоком задани  скорости, введены нелинейный блок обратной св з« по току, реализующий функцию т Р« s отс i UT K.dg-I), при Ig г Т„,е. управл емый нелинейный блок обратно сзв зи по скорости, реализующий фун цию и„ о,при и UoTc(3c) ос ..). РИ и блок усреднени  импульсной последовательности , причем нелинейный бл обратной св зи по току соединен вхо дом с вы-ходом датчика тока, и выход св зан с первым входом первого блок суммировани , нелинейный блок обрат ной св зи по скорости первьол входом соединен с выходом преобразовател  Частота-напр жение, а вторым входом св зан с выходом блока задани  скорости , а выходом подключен к первому входу второго блока суммировани  блок усреднени  импульсной последов тельности входом соединен с выходом сумматора частот, а выходом подключен к входу канала управлени  частотой напр жени преобразовател , где и и ос выходные CHrHajmi нелинейных блоков обратной св зи по току и скорости, Ig - ток статора, Uju - сигнал скорости, i, - сиг налы ограничени  по току и скорости , Ujj - сигнал задани . Кроме того, сумматор частот содержит первую и вторую  чейки ИЛИ,  чейку И, узел временной задержки, блок усреднени  импульсной последовательности , реверсивный счетчик, преобразователи код-ток и ток-частота , при этом первый вход первой  чейки ИЛИ св зан с блоком задани  частоты тока ротора, а вторым входе - с выходом импульсного датчика скорости, втора   чейка ИЛИ первым входом соединена с выходом первой  чейки ИЛИ, вторым входом через узел временной задержки св зана с выходом  чейки И и выходом подключена к суммирующему входу реверсивного счетчика, преобразователь код-ток входами соединен с выходами реверси- вного счетчика, а выходом подключен к входу преобразовател  ток-частота, выход преобразовател  ток-частота соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика и с входом канала управлени  частотой напр жени  преобразовател  частоты, при этом первый вход,  чейки И соединен с выходом импульсного датчика скорости а второй вход - с выходс « блока задани  частоты тока ротора. На фиг.1 приведена функциональна  схема частотно-управл емого т гового электропсшвода; на фиг.2 - семейство механических характеристик электропривода ) на фиг.З - функциональна  схема сумматора частот и блока усреднени  импульсной последовательности} на фиг.4 - диаграммы, по сн ющие работу этих блоков. Частотно-управл емый электропривод (фиг.1} содержит асинхронный двигатель 1, подключенный к преобразователю 2 частоты, с каналами управлени  амплитудой напр жени  (тока) U{ и частотой Kfjp датчик 3 тока двигател  через нелинейный блок 4 обратной св зи по току соединен с первым входом первого блока 5 суммировани , второй его вход через регул тор 6 скорости св зан с выходом второго блока 7 суммировани , а выход первого блока 5 суммировани  соединен через регул тор 8 тока с каналом управлени  амплитудой напр жени  преобразовател  частоты. Импульсный датчик 9 скорости двигател  выходом подключен к первому входу (Kf) сумматора 10 частот, а второй вход сукматора частот (.Kf) соединен с блоком задани  частоты тока ротора (не показан), выход сумматора частот через блок 11 усреднени  импульсной последовательности соединен с входом канала управлени  частотой напр жени  (Kf,.J, кроме того, выход импульсного датчика скорости через преобразователь 12 частота-напр жение соединен с первым входом нелинейного блока 1-.3 обратной св зи по скорости, второй вход которого св зан с блоком задани  скорости, а выход соединен с первым входом второго блока 7 суммировани , второй вход которого св зан с блоком задани  скорости. Сумматор 10 частот (фиг.З) содержит первую  чейку ИЛИ 14, первый вход (Kfj.) которой св зан с блоком задани  частоты тока ротора, а второй вход (КГц,) - с выходом импульст ного датчика скорости, выход первой

 чейки ИЛИ соединен с первым входом второй  чейки ИЛИ 15, второй вход которой чеэер узел 16 временной задержки соединен с выходом  чейки И 17, первый вход которой соединен с выходом импульсного датчика скорости, а второй - с блоком задани  частоты тока ротора, причем выход второй  чейки ИЛИ (Kfg) подключен к входу блока 11 усреднени  импульсной последовательности . Блок усреднени  импуль сной последовательности содержит резе хзИвный счетчик 18, суммирующим вхо дом подключенный к выходу функционального преобразователе, а выходами соединенный с входами преобразовател  19 код-ток. Выход преобразовател  кодток соединен через преобразователь 20 ток-частота с вычитающим входом реверсивного счетчика и с входом канала управлени  частотой напр жени  пре образовател .

Частотно-управл емый т говый электропривод работает следующим образом.

При подаче на управл ющие входы сигнала задани  скорости (из) и импульсной последовательности с частотой Kf, пропорциональной требуемой частоте тока ротора, на асинхронный двигатель 1 (фиг.1) с преобразовател  частоты 2 будет подано напр жение с частотой fj,H амплитудой, определ емой величиной сигнала задани  Скорости и,- . Величина тока статора 1; двигател  начинает нарастать и с выхода датчика 3 тока подаетс  сигнал на вход нелинейного блока 4 обратной св зи по току. Однако, пока эффективное значение тока будет меньше величины тока отсечки, определ емого параметрами блока 4, на выходе последнего сигнал будет равен нулю. При достижении Ig .блок 4. открываетс  и с его выхода на первый вход первого блока 5 суммировани  будет поступать сигнал отрицательной обратной св зи u-r к j(lg-ljjjj.) где он будет сравниватьс  с сигнэлом задани  тока Ц, поступающего . через регул тор 6 скорости с выхода второго блока 7 суммировани  и уже результирующий сигнал через регул тор 8 тока подаетс  на вход канала управлени  амплитуды преобразовател  2 частоты, что приводит к ограничению величины тока статора на УРОВНЯХ , соответствующих допустимым моментам трогани  двигател  (.2 ), Привод начнет разгон тьс  на участках Сд(фиг.2) в режиме ограничени  максимального момента. При развороте двигател  1 на выходе импульсного датчика 9 скорости (фиг.) начнет формироватьс  импульсна  последовательность с частотой КГц,, пропорциональна  скорости вращени  двигател . Эта последовательность суммируетс  в сумматоре 10 частот с

импульсной последовательностью частоты тока ротора Kf и уже результирующа  импульсна  последовательность через блок 11 усреднени  импульсной последовательности поступает на вход канала управлени  частотой напр жени  преобразовател  (Kf ) По мере разгона привода частота на входе преобразовател  частоты воз-растает, а величина тока статора Ij уменьшаетс . При снижении величины тока

блок 4 отключает канал

до Is I

с тс

обратной св зи по току, а привод переходит в режим формировани  т говых характеристик (участки Ъс, фиг.2 В этом режиме оба канала обратных св зей разомкнуты. При снижении момента нагрузки скорость привода будет нарастать, при этом на выходе преобразовател  12 частота-напр жение (фиг.1) будет увеличиватьс  сигнал Цд . При увеличении скорости до уровн , соответствующего U Uj(Uj ), нелинейный блок 13 замкнет цепь обратной св зи по скорости и подаст сигнал Uo.K U -иот-с( на первый вход второго блока 7 суммировани . Электропривод будет работать на участках аЬ механических характеристик (фиг.2) в режиме ограничени  скорости. Дл  того, чтобы на каждой частичной характеристике семейства ограничивать скорость на уровне, соответствующем сигналу задани , уровень эталонного напр жени  блока 13 W 1,) перестраиваетс  в зависимости от уровн  сигнала задани  скорости.

Суммирование двух импульсных последовательностей в сумматоре 10 частот (фиг.1 и 3) и усреднение суммарной последовательности в блоке 11 (фиг.З) осуществл етс  следующим образом. Дл  этого импульсные последовательности с частотами Kf и Kfft (фиг.З и 4) подаютс  на первый и второй входы первой  чейки ИЛИ 14 (), где импульсы одной последовательности вписываютс  между импульсами другой последовательности и через вторую  чейку ИЛИ 15 (фиг.З) поступают на выход сумматора частот. Однако при совпадении импульсов во времени будет потер на информаци  о частоте на величину дг (фиг.4), что особенно ощутимо на низких скорост х . Дл  исключени  этого  влени  на второй вход второй  чейки ИЛИ 15 через узел 16 временной задержки с выхода  чейки И 17 подаютс  импульсы коррекции, формируемые при совпадении на-входе  чейки И импульсов суммируемых последовательностей. Импульсы коррекции сдвигаютс  на интервал .узлом 16 времеиной задержки и вписываютс  в суьадарную последовательност второй  чейкой ИЛИ 15. Однако на выходе этой  чейки суммарна  импульсна  последовательность Kfg (фиг.З и 4) будет неравномерной и непригодной дл  непосредственного управлени  частотой преобразовател . Дл  усреднени  эта последовательность подаетс  на суммирующий вход реверсивного счетчика 18 (фиг.З), с которого считываютс  коды частоты и преобразователем 19 код-ток преобразуютс  в ток i (фиг.З и 4). Далее величина тока преобразователем 20 ток-частота преобразуетс  в равномерную импульс ную последовательность (фиг.З и 4), поступающую на вычитатоздий вход ре)зерсивного счетчика и на вход кана ла управлени  частотой напр жени  преобразовател  частоты. Таким образом , при посто нной скорости электро привода реверсивный счетчик находитс  в равновесном состо нии, переключаетс  лишь младший разр д. В дрейфе параметров -преобразовател  токчастота частота следовани  импульсов- на вычитающем входе счетчика изменитс , а схема автоматически скомпенсирует это отклонение частоты.Кро ме того, дл  повышени  стабильности в схеме вместо прербразовател  напр жение-частота применен более стабильный преобразователь ток-частота. Таким образом, применение типовых нелинейных блоков, а также управлени приводом только по одному каналу и формирование основных (т говых) участков характеристик при посто нной частоте тока ротора из-за естественных свойств машины упрощает схему частотно-управл емого т гового электропривода , увеличивает точность регулировани  и быстродействие. К повьвиению точности регулировани  средней и мгновенной скоростей приводит введение канала коррекции в сумматоре частот, а также включение блока усреднени  суммарной импульсной последовательности. Организаци  управлени  только по каналу управлени  амплитудой напр жени  обеспечивает форсированное изменение момента и компенсацию вли ни  наибольших внутренних инерционностей привода.Независимость частоты тока ротора от сигналов управлени  скоростью стабилизирует взаимную ориентацию векторов внутренних переменных швигател  и прзвол ет работать на оптимальных по минимуму потерь характеристиках . Независимое же воздействие на частоту тока ротора позвол ет автономно регулировать т гу в зависимости от изменени  условий движени .

u a

f.o

Г

fff

u

/5

/7

16

J

/4

.3 .

w

fg

11

+

.

f

W n n n n n n n n n n n n ПП

ФигА n n n n n n n . n m n n nm n n n n n n n n n n

Claims (2)

1. 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 пер-*· вого блока суммирования, второй вход которого соединен через регулятор скорости с выходом второго блока суммирования, а выход первого блока 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 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 повышения точности регулирования и быстродействия и упрощения схемы, введены нелинейный блок обратной связи по току, реализующий функцию

U _г = 0, при I _s < i_ttTC ;

U_T = K₄(I_S -I_fctc) при .управляемый нелинейный блок обратной связи по скорости, реализующий функцию .

^иос = - ЦлЛс Н, ^ПРИ

ОТС ( ^U ЭС ) соединен с выходом преобразочастота-напряжение, вторым связан с блоком задания скоа выходом подключен к перво- 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 вателя входом рости, му входу второго блока суммирования, блок усреднения импульсной последовательности входом .соединен с выхо/ дом сумматора частот, а выходом подключен к входу канала управления частотой напряжения преобразователя, где и_т и U_ofc- выходные сигналы нелинейных блоков обратной связи го току и скорости, 1₅ - ток статора,

U_w - сигнал скорости,l_0T£ , и_отс- сигналы ограничения по току и скорости, U_sc- сигнал задания.

2. Электропривод по π,1, отличающийся 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 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 чёреЪ. уз’ел временной задержки связана Свы·) ходом ячейки И' и выходом подключена к суммирующему, входу реверсивного счетчика, преобразователь код-ток входами соединен с выходами реверсивного счетчика,_ха выходом подключен к входу преобразователя ток-частота, выход преобразователя ток-гчастота соединен с вычитающим входом ревер1072230 сивного счетчика и с входом канала управления частотой напряжения пре· образователя частоты, при этом пер· вый ’ вход ячейки И соединён с . выходом импульсного датчика скорости!, а второй вход с блоком задания частоты тока ротора.