Частотно-управляемый тяговый электропривод

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ)-ЛИН (19) (11) )) g Н 02 Р 7/42

ГОСУДАРСТНЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОтиРьпий (21) 3730530/24-07 (22) 21.04.84 (46) 15 ° 02.86. Бюл. У 6 (71.) Вологодский политехнический инс. титут (72) В.Л. Грузов, B.Р.Калинин и Ю.И.Подольный (53) 621.3)3.333.072.9(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 752722, кл. Н 02 P 7/42, 1980.

Патент ФРГ Р 1563228, кл. Н 02 P 7/42, 1970.

Авторское свидетельство СССР

111 1072230, кл, Н 02 P 7/42, 1984, (54)(57) ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕ))ЫЙ ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий асинхронный двигатель, подключенный к преобразователю частоты с каналами управления амплитудой и частотой напряжения, датчик тока двигателя, связанный выходом с входом первого нелинейного блока обратной связи по току, первый блок суммирования, первым входом соединенный 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 частот, выходом через усреднитель частоты связанного с входом канала управления частотой напряжения преобразователя частоты, выход импульсного датчика скорости двигателя через преобразователь частота — напряжение связан с входом управляемого нелинейнога блока обратной связи по скорости, реализующего функцию

Uo = 0 p" 1) + Uo1c ())с1

0 ku(UG3-U» (U Яври Ос) > Uo его выход соединен с первым входом второго блока суммирования, а вторые входы второго блока суммирования и управляемого нелинейного блока обратной связи по скорости подключены к выходу блока задания скорости, о т— личающийся тем,что,с целью повышения быстродействия в него введены второй нелинейный блок канала обратной связи по току, блок задания частоты ротора, управляемый генератор, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, третий блок суммирования, при это 1 первый вход упомянутого усилителя соединен с выходом первого нелинейного блока канала обратной связи по току, второй вход подключен к выходу блока задания скорости, а выход соединен с вторым входом первого блока суммирования„ второй нелинейный блок канала обратной связи по току реализует функцию

UT 0 11ри 1 <1

01 = К, (1> 1 „I при1 1 1з тт К1 (1з»с 1 q) сРпз1 "p11 1з >iз 1с и входом связан с выходом датчика тока двигателя, а выходом подключен к первому входу третьего блока суммирования, второй вход которого соединен с выходом блока задания частоты ротора, управляемый генератор входом соединен с выходом третьего блока суммирования, а выходом под1211843 т„от, !

З> и отс

sc ключен к второму входу блока суммирования частот, причем первый нелинейный блок канала обратной связи по току реализует функцию (1т =О "p> зн у

11 (з ч1 "Р зн я зотс, !

1! = (1з 1 и) 0 и 1з зОтс (11 > y, 9

U Lt 0 — сигналы соответственос ы отс но выходной, входной и отсечки нелинейного блока; выходные сигналы; ток двигателя соответròâåíHî текущий, номинальный и ток отсечки; коэффициенты пропорциональности; скорость вращения электродвигателя; сигнал задания скорости.

/

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к частотно-управляемым тяговым злектроприводам с асинхронными короткоэамкнутыми двигателями, и может быть использовано при создании тяговых приводов осей колесных транспортных средств с автономными источниками энергии.

Цель изобретения — повышение быстродействия тягового электропривода.

На фиг.l приведена функциональная схема частотно-управляемого тягового электропривода; на фиг,2 — характеристики электропривода, Частотно-управляемый тяговый электропривод (фиг.lj содержит асинхронный двигатель (АД1 1, подключенный к преобразователю частоты (ПЧ) 2 с каналом управления частоты напряжения (коз)и каналом управления амплитудной напряжения ll; датчик 3 тока двигателя, связанный выходом с входом первого нелинейного блока 4 канала обратной связи по току„ первый блок 5 суммирования, первым входом соединенный через регулятор 6 скорости с выходом второго блока 7 суммирования, а выход первого блока 5 суммирования через регулятор 8 тока соединен с входом канала управления амплитудой напряжения преобразователя частоты, импульсный датчик 9 скорости двигателя, выходом подключенный к первому входу сумматора 10 частот, выходом через усреднитель частоты 11 связанного с входом канала управления частотой напряжения преобразователя частоты 2. Выход импульсного датчика скорости 9 двигателя через преобразователь 12 частота— напряжение связан с первым входом управляемого нелинейного блока 13 об5 ратной связи по скорости, реализующего функцию (1, -K c(U 0„(u„)) op U U„, lO Его выход связан с первым входом второго блока 7 суммирования, а вторые входы второго блока 7 суммирования и управляемого нелинейного блока обратной связи по скорости 13 подклюl5 чены к выходу блока 14 задания скорости. Кроме того, электропривод содержит усилитель 15 с регулируемым коэффициентом усиления, первым входом соединенный с выходом первого не20 линейного блока 4 канала обратной связи по току, вторым входом связанный с выходом блока 13 задания скорости, а выходом соединенный с вторым входом первого блока 5 суммирования,, второй нелинейный блок 16 канала обратной связи по току, реализующий функцию.

° О при з

3Q Tz z (5 6" 1 P 6и з 5отс)

От - К (i -> l-canst при 1з входом соединенный с выходом датчика тока 3 двигателя, а выходом связанный с первым входом третьего блока суммирования 17., второй вход которого соединен с выходом блока задания частоты тока ротора 18, управляемый генератор 19, входом соединенный с выходом третьего блока 17 сумми„ования, а ныходо л связанный с B Topi>tM входом блока 10 суммирования частот, причем терный нелинейнь(й блок канала обратной связи по току реализует функцию тс "т" 5 бц >

I т! t! (5 5н1 " !" (5tt < е - t otc, (i)

1 (5ч 1 "Pt! 5 ОтС > где k, >):;,, (i)

11

Час-.отно-управляемый тяговый электропривод работает следующим обраэом.

При появлении управляющих сиг (алон на выходе блока задания скорости 14 (фиг.1) и блока задания частоты тока 18 ротора,, пропорционального начальной частоте тока ротора на асинхронный двигатель 1 с преобразователя частоты 2 подано напряжение с частотой „, и амплитудой, определяемой величиной сигнала задания скорости. Величина тока ста ора быстро нарастает до уровня <5 >i„, и с выхода датчика 3 тока подается сигнал на входы первого и второго нелинейных блоков 4 и 16 каналов обратрых связей по току, На выходе. первого нелинейного блока 4 канала обратной связи по току появляется сигнал .i (%) ,(1, = к (, (i » ; „ ) и чере з усилитель с регулируемым коэффициентом усиления 1 5, коэффициент передачи к о т орог о о пределяе г с я уровнем сигнала з адания скорости 1) „, поступает н а вычи т а нший вход первого блока 5 суммиров ания, где он сравнивается с сигналом задания тока, поступающего чере з регулятор 6 скорости с выхода второго блока. 7 суммирования, чт о приводит к уменьшению сигнала н а выходе пер н о г о блока 5 суммирования и регулятора 8 тока . Это обеспечивает ог раничения тока с татор а н а уровнях, соответ с тн ующих допустимым моментом трог ания двигателя И, > фиг . 2, Одновреме - но при То< 5 >15 о с ходе второго нелинейного блока 16 канала обратной связи по току появЛяется сигнал г = К; ((5 „ — i „l=c(tnt+ > который суммируется в третьем блоке

l7 суммирования с сигналом l)gc, блока задания частоты тока ротора 18, На выходе управляемого генератора 19 появляется импульсная последовательность с частотой к1„, соответствующей максимально допустимой частоте тока ротора 1„, меньшей критической частоты тока ротора f, чем обеспе211843 4 чинается ис ..(ючение возможности опрокидывания ас! нхронног0 двигателя 1.

Привод начинае-, разгоняться на участк:>c характеристик СД (фиг.2) ограничения момента

При развороте асинхронного двигателя 1 на выходе импульсного датчика 9 скорости (фиг,1) начинает формироваться импульсная последоватЕльность с частотой xf(d, пропорциональной скорости вращения двигателя. Эта последовательность суммируется н сумм,"торе 10 частот с импульсной последовательностью частоты тока ротора к и уже результирующая импульсная (последовательность через усреднитель чатоты ll поступает на вход канала управления частотой преобразователя кт . В результате по мере разгона

5 привода частота на выходе преобразователя частоты 2 возрастает, а величина тока статора уменьшается, и при снижении тока до уровня изменится коэффициент передачи первого нелинейного блока 4 канала обратной связи по току, на выходе этого блока появится сигнал ()„ =

= к;,(! 5 -! „1 и через усилитель с регулируемым коэффициентом усиления 15 поступит на вычитающий вход первого

30 блока суммирования 5, где он сравнивается с сигналом регулятора 6 скорости, Результирующий сигнал через регулятор 8 тока подается на вход канала управления амплитудной н пряжения преобразователя частоты, что ооеспечивает стабил;!-.ацию магнитного потока асинхронного двигателя на максимально допустимом уровне по условию насыщения матчины. Одновременно

40 при токах („ (с! второй нелиэ - some нейный блок канала обратной связи по току 16 выходит из режима отсечки, И СИГНаЛ (>тг = К, (! -(5„)иа ЕГО ВЫХО(г де уменьшается с уменьшением тока

45 снижая частоту тока ротора по мере уменьшения нагрузки двигателя.

Таким образом, происходит формирование участка С характеристик (фиг.2), где двигатель работает в режиме стабилизации магнитного потока, и pery50 лирования момента за счет изменения частоты тока ротора.

При уменьшении нагрузки уменьшается ток двигателя и при ),

3 12 разомкнутся, двигатель работает на участках BN характеристик (фиг,2).

Амплитуда напряжения на выходе преобразователя частоты 2 определяется уровнем сигнала задания скорости

0 е, и частота преобразователя частоты к1З формируется как сумма частот импульсных последовательностей к km импульсного датчика скорости

10 и частоты к1„, соответствующей уровню задания частоты тока ротора

0y„„,, При увеличении скорости до уровня ограничения на выходе управляемого нелинейного блока обратной связи по скорости 13 появится сигнал U пропорциональный разности сигнала поступающего с выхода преобразователя 12 частота-напряжение, пропоРционального частоте импульсной последовательности кои н" выходе импульсного датчика скорости и сигнала 0 „ (0„, зависящего от уровня сигнала задания скорости Il«

= к t0 -0 „(0,)) . Этот сигнал передается на вычитающий вход второго блока суммирования 7, где он сравнивается с сигналом задания скорости. Сигналы на входе регулятора скорости 6, и, как следствие, на входе канала управления амплитудой преобразователя уменьшаются. Привод переходит в режим ограничения скорос.ти (участка А-В характеристик фиг.2) .

При работе привода на частичных характеристиках 0> 0,„ обеспечивается автоматическая перестройка уравнений ограничения скорости и тока за счет изменения 0„, и коэффи11843 циента усиления усилителя с регули- . руемым коэффициентом усиления в функции сигналов 0, .

Таким образом в частотно-управляемом тяговом электроприводе нелинейные блоки реализуют заданные функции из ограниченного числа линейных участков, а в каналах управления предусмотрена автоматическая пере1О стройка точек отсечки, уровней ограничения тока, момента и потока, что в сравнении с известными аналогами упрощает схему, исключает возможность опрокидывания двигателя и уп15 рощает эксплуатацию привода, так как не требуется специальная перестройка регуляторов при изменении уровней сигнала задания и режима нагрузки °

Введение второго контура положительной обратной связи по току с воздействием на частоту тока ротора в сочетании с двумя нелинейными блоками обратной связи по току, формирующими сигналы на двух участках до различным алгоритмам, обеспечивает работу электропривода при моментах, больших номинального; в режиме

ЗО с йостоянным, близким к допустимому по условно насыщения магнитным потоком„ и регулирование момента на этих участках только за счет частоты тока ротора. Это позволяет при неизменной установленной мощности силового оборудования в несколько раз увеличить перегрузочную способность электропривода, что приводит к увеличению его быстродействия, 12 ll843

l 2 l l 843

t Ф 3

М „ДМ М

Составитель B.Òàðàñîâ

Редактор Л.Авраменко Техред О.Вашишина Корректор Г,Решетник

Заказ 649/59 Тираж 632 Подписное

ВНИИИИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, W-35, Раушская наб,, д. 4/5

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