Устройство для частотного управления тяговым асинхронным электродвигателем

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву—

I (22) Заявлено 25.02.80 (21) 2886360/24-0? (51) М. Кл. с присоединением заявки №вЂ”

Н 02 P 7/42

Гоеударстеелкык комлтет

СССР (23) Приоритет— (53) УДК 62-83:621. .313.333.072.9 (088.8) Опубликовано 30.10.81. Бюллетень № 40 ло делам изобретений и открытий

Дата опубликования описания 05.11.81

В. Н. Долуда, А. Г. Еремин, 8. Е. Прокопов и В. Ю. Розов (72) Авторы изобретения (7I ) Заявитель (54) УСТРОР1СТВО ДЛЯ ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ

ТЯГОВЫМ АСИНХРОННЪ|М ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для регулирова. ния крутящего момента электродвигателя путем изменения амплитуды и частоты питаю- щего напряжения, и может найти примене- ние в различных электротехнических уста- новках, например в устройствах для частот; но-токового управления электроприводом переменного тока электромобиля с аккумуляторным источником энергии и вентильным преобразователем частоты с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения.

Известно устройство для частотного управления асинхронным электродвигателем, содержащее источники сигнала управления, датчики частоты вращения и частоты скольжения, регуляторы тока и скольжения, сумматор и систему управления преобразователем частоты. Это устройство осуществляет частотно-токовое регулирование крутящего момента асинхронного электродвигателя со стабилизацией тока статора и частоты скольжения и реализует тяговый режим асинхрон-, ного двигателя 11).

Однако данное. устройство не позволяет. реализовать генераторное (рекуперативное) 2 торможение асинхронного двигателя, необходимое для улучшения энергетических и тормозных характеристик электропривода электромобиля.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для частотного управления асинхронным, двигателем, содержащее источник сигнала задания момента, источник сигнала «торможение», датчики, сумматор, регулятор скольжения, амплитудный модулятор. Это устройство позволяет реализовать генераторное (рекуперативное) торможение асинхронного двигателя по сигналу «Торможение» 121.

Однако при использовании данного уст. ройства (дополненного контуром регулирования тока) время перевода асинхронного двигателя из тягового режима в режим генераторного (рекуперативного) торможения может быть иедонустимо большим. Действительно, для перевода асинхронного двигателя из тягового в генераторный режим необходимо изменение знака скольжения асинхронного двигателя (изменение знака выходного сигнала амплитудного модулятора).

Переключение знака скольжения при наличии сигнала задания момента (и наличия

877768.асинхронного двигателя и аварийный режим ,. привода.

Цель изобретения — уменьшение времени торможения асинхронного электродвигателя.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для частотного управления тяго:вым асинхронным электродвигателем, содержащее силовой преобразователь частоты с 4р системой управления, источник сигнала «Тор-. можение», датчики тока и скольжения, под-: ключенные ко входам регуляторов тока н, скольжения, источник сигнала задания мо - мента, соединенный с другими входами регулятора скольжения и регулятора тока, вы- 4« ход которого подключен ко входу системы управления силовым преобразователем частоты, к другому входу которой подключен выход сумматора, вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения, а другой вход — с выходом амплитуд-. ного модулятора, основной вход которого подключен к выходу регулятора скольжения, снабжено компаратором, подключенным к выходу датчика тока, ключевым элементом, основные цепи которогб включены между выходом и дополнительным входом регулятора тока, логическим блоком, вход компаратора .подключен .к выходу датчика тока, а

SS 3 тока в асинхронном двигателе) не может быть реализовано из-за насыщения магнит- ной цепи асинхронного двигателя в момент перехода скольжения через ноль и аварийного режима в преобразователе частоты.

Поэтому для реализации режима торможе- с ния с известным устройством водитель электромобиля.производит сброс напряжен14я за- дания по моменту и далее с выдержкой времени, достаточной для спада до нуля тока асинхронного двигателя, формирует сигнал торможения (переключает знак скольжения) и затем осуществляет наброс напряжения задания по моменту. Этн операции производятся водителем электромобиля воздействи ем на органы управления (вплоть до регулированйя необходимой задержки для спада .тока в асинхронном двигателе до нуля). При . этом время, необходимое для реализации

* тормозного момента, возрастает до единиц : секунд, что не позволяет использовать гене- раторное торможение асинхронного двигателя при необходимости экстренного торможения в условиях дорожного движения, вызывает неуверенность водителя в электрическом тормозе и ведет к исключению пользования электрическим торможением в условиях эксплуатации электромобиля. В результате уменьшается пробег электромобиля без подзарядки аккумуляторных батарей, увеличивается тормозной путь (при пользовании. только механическим тормозом) . Ошибка водителя при реализации тормозного режи-, ма вызывает насыщение магнитной цепи 30

4 выход его и выход. источника сигнала «Торможение» подключены ко входу логического блока, один из выходов которого соединен

-с управляющей цепью ключевого элемента, а другой с управляющей цепью амплитудного модулятора.

Логический блок содержит инвертор, два двухвходовых элемента И вЂ” НЕ, RS-триг-

; гер и элемент «эквивалентность», причем выход упомянутого источника сигнала «Торможение» подключен ко входу первого эле. мента И вЂ” НЕ и через инвертор ко входу второго элемента И вЂ” НЕ, другие входы элементов И вЂ” НЕ объединены и подключены к выходу упомянутого ком паратора, а выходы элементов И вЂ” НЕ подключены ко входам

RS-триггера, выход которого соединен с управляющей цепью упомянутого амплитудно го модулятора и входом элемента «эквива- лентность», другой вход которого подключен к выходу инвертора, а выход соединен с управляющей цепью упомянутого ключевого элемента.

На фиг. 1 представлена схема устройства

- для частного управления тяговым асинхрон. ным электродвигателем; на фиг. 2 — временные диаграммы работы устройства.

Устройство для частотного управления тяговым асинхронным электродвигателем (фиг. 1) содержит источник 1 сигнала задания момента, подключенный ко входу регулятора 2 тока и регулятора 3 скольжения., На другие входы регулятора 2 тока и регулятора 3 скольжения подключены соответственно выходы датчика 4 .тока и датчика 5 скольжения. Выход регулятора 2 тока подключен ко входу системы 6 управления силовым преобразователем частоты, иа другой, вход которой подключен выход сумматора 7.

Ко входам сумматора 7 подключены датчик 8 частоты вращения асинхронного электродвигателя и выход амплитудного модулятора 9, основной вход которого подключен к =ыходу регулятора 3 скольжения. Источник 10 сигнала «Торможение» и выход компаратора, 11 подключены ко входам логического блока 12. Вход компаратора 1! под.ключен к выходу датчика 4 тока. Выход логического блока 12 подключен к управляющей цепи ключевого элемента 13, основные цепи которого включены между выходом н дополнительным входом регулятора 2 тока. Другой выход логического блока 12 подключен к управляющей цепи амплитудного модулятора 9. Логический блок 12 содержит инвертор 14, элемент 5 «эквивалентность», два элемента И вЂ” НЕ 16 и 17 и

RS-триггер 18. Выход иивертора 14 соединен со входом элемента !5 «эквивалентность» и входом элемента И вЂ” НЕ 16. Вход инвертора 14 соединен с выходом источника 10 сигнала «торможение» и входом элемента

И вЂ” НЕ 17. Вторые входы элементов И вЂ” НЕ

16 и 17 объединены и подключены к выходу компаратора l!. Выходы элементов И вЂ” НЕ

877768

16 и 17 подключены к входам асинхронного

ЯЬ-триггера 18, выход которого соединен со вторым входом элемента 15 «эквивалентность» и управляющей цепью амплитудного модулятора 9. Выход элемента 15 «эквивалентность» подключен к управляющей цепи 5 ключевого элемента 13.

Устройство . работает следующим образом.

В исходном состоянии на выходе источника 10 сигнала «Торможение» имеется сигнал, логической «1» (график 19, фиг.. 2), 1О что соответствует тяговому режиму асинхронного двигателя. При этом асинхронным двигатель реализует тяговый момент, пропорциональный напряжению, соответствующему графику 20„задающему фазный ток и частоту скольжения асинхронного двигателя, а на выходе амплитудного модулятора 9 — . йоложительное напряжение (график 21).

Для реализации генераторного торможения асинхронного двигателя на выходе источни- . ка 10 формируется сигнал логического «О» 20 (график 19). При этом в момент времени

41 (график 19) на выходе элемента 15.«эквивалентность» формируется сигнал логической «1», вызывающий замыкание ключевого элемента 3 (сброс регулятора 2 тока) и снижение тока асинхронного двигателя (график 22) до. значения, при котором исключается насыщение магнитной цепи асинхронного двигателя. При этом компаратор 11 переключается (график 23) из состояния логического «0».в логическую «1», разрешая зо

Формула изобретения

1. Устройство для частотного управления тяговым асинхронным электродвигателем, содержащее силовой преобразователь частоты с системой управления, источник сигнала «Торможение», датчики тока и скольже- ния, подключенные ко входам регуляторов тока и скольжения, источник Сигнала задания момента, соединенный с другими входами регулятора скольжения н регулятора тока, выход регулятора тока подключен ко входу системы управления силовым преобразователем частоты, к другому входу которой подключен выход сумматора, вход которого соединен с выходом датчика час готы вращения, а другой вход — с выходом амплитудного модулятора, основной вход которо-. го подключен к выходу регулятора скольжения, отличающееся тем, что, с целью сок.ращения времени торможения асинхронного электродвигателя; оно снабжено компаратором, ключевым элементом, логическим блоком, причем основные цепи ключевого элемента включены между выходом и дополнительным входом регулятора тока, вход компаратора подключен к выходу датчика тока, а выход его и выход источника сигнала «Торможение» подключены ко входу логического блока, один нз,выходов которого соединен с управляющей цепью ключевого элемента, переключение триггера 18 (график 24),, что вызывает изменение знака напряжения на выходе амплитудного модулятора 9 (график 2!) и знака скольжения асинхронного двигателя. На выходе элемента 15 формируется сигнал логического «О» (график 25), M вызывая размыкание ключа 13 и нарастание тока асинхронного двигателя до заданного значения (график 22). Реализуется режим генераторного (рекуперативного) торможе.ния асинхронного двигателя с тормозным: .моментом, пропорциональным амплитуде напряжения, соответствующего. графику 20.

Переключение знака скольжения асинхрон ного двига геля"в устройстве возможно толь ко при минимальном значении тока статора асинхронного двигателя, определяемого порогом переключения компаратора 11, что исключает насыщение магнитной цепи асинхронного двигателя и возникновение аварий-. ного режима в переходном режиме. Задержка от момента прихода сигнала «Торможение» (t>) до момента времени, при котором реализуется заданный тормозной момент асинхронного двигателя (t3) определяется временем сброса тока статора асинхронного двигателя, ограниченного условием непрерывности тока для исключения перенапряже-: ний в.схеме, и временем нарастания тока (Ь вЂ” !») до заданного значения, определяемого постоянной времени контура регулироsaws тока. Так как величина Ь t при асвмьзованни данного устройства не зависит от реакции водителя и от постоянной времени контура регулирования скольжения (что имеет место в известном устройстве), время для реализации заданного тормозного момента асинхронного двигателя может быть умень-, шено на порядок н составляет 0,15 — 0„2 с, что позволяет осуществить экстренное генераторное торможение асинхронного двигателя. Переход из режима торможения асинх--.ронного двигателя в тяговый режим также:происходит автоматически за минимальный интервал времени ht (фиг. 2).

Таким образом, использование в данном устройстве компаратора, ключевого элемента и логического блока позволяет существенно уменьшить время реализации генераторного торможения .асинхронного двигателя по сигналу водителя электромобиля и реализовать экстренное генераторное торможение асинхронного двигателя, исключить аварию электропривода в переходном режиме, .повысить безопасность движения, увеличить пробег электромобиля- без подзарядки аккумуляторных батарей за счет повышения уверенности водителя при пользовании электрическим тормозом и увеличения количества энергии, возвращаемой в аккумуля-торные батареи в условиях дорожного движения.

877758

7 а другой — с управляющей цепьЬ амплитудного модулятора.

2. Устройство по п. 1, отличаюи1ееся тем, что логический блок содержит инвертор, два двухвходовых элемента И вЂ” НЕ, RS-триггер и элемент «эквивалентность», причем выход упомянутого источника сигнала «Торможение» подключен ко входу первого элемента

И вЂ” HE и через инвертор ко входу второго элемента И вЂ” НЕ, другие входы элементов

И вЂ” НЕ объединены и подключены к выходу упомянутого компаратора, а выходы элементов И вЂ” НЕ подключены ко входам RS — триггера, выход которого соединен с управляю8 щей цепью упомянутого амплитудного модулятора и входом элемента «эквивалентность, другой вход которого подключен к выходу ннвертора, а выход соединен с управляющей цепью упомянутого ключевого элемента.

5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Дацковский Л. Х. и др. Принципы построения систем регулирования асинхрон. ных электроприводов с инверторными преоб!

О разователями частоты. Сборник «Электротехническая нромышленность», сер. «Электропривод», 1974, вып. 5 (31), с. 29, рис. 4.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2800320/07, кл. Н 02 Р ?//42, 1979.

877768

Составитель Т. Тарасов Редактор С. Тараненко Телред А. БоЯкас Корректор Ю. Макаренко

Заказ 9638/84 Тираж 733 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по . далам изобретений и открытиЯ

ПЭОЭ5, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская иаб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4