Регулятор частоты для асинхронного тягового электропривода Советский патент 1983 года по МПК H02P7/42 

2. Регулятор по п. 1,отпича ющ и и с я тем, что, с цепью расшире ния функциональных возможностей путем обеспечения управпения несколькими двигателями с улучшенным токораспреде- лением между двигателями, введен мультиплексор, постоянный программируемый запоминающий блок содержит индивидуальные регистры памяти по числу управляемых двигателей, а формирователь временной диаграммы снабжен двумя дополнительными выходами и шестью информационными выходами, при этом датчики, частоты вращения каждого двигатели подключены к входам мультиплексора, остальные входы которого соединены с основным и дополнительными выходами формирователя временной диаграммы, а . выход мультиплексора соединен с анали:затором диапазонов частоты вращения, первый и второй информационные выходы

формирователя временной диаграммы подключены к индивидуальным регистрам памяти, третий, четвертйй - к анализатору диапазонов частоты вращения, а пятый и шестой - к регистру памяти кода частоты вращения, выходы индивидуальных регистров памяти соединены с соответствующими преобразователями кода в чаототу скольжеН1ая.

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.

Изобретение относится к электротехн ке, а именно к автоматизированному эле ктроприводу, в частности к устройствам регулирования частоты асинхронных дви гателей, и может быть использовано в частотно-регулируемых приводах как общепромышленных, так и преимущественно транспортных объектов. Известен регулятор частоты для управления асинхронным двигателем, в котором оптимизация характеристик электропривода достигается заданием частоты скольжения двигателя в функции частоты его вращения, для .чего регулятор содержит алгебраический сумматор частот, к одному входу которого датчик частоты вращения двигателя подключен непосредственно, а к другому через блок формирования частоты, скольжения. Последний, в свою очередь, содержит блок масштабирования частоты вращения ротора, блок алгебраического суммирования и блок задания, частоты, при этом обеспечивается регулирование частоты скольжения по закону где iq - регулируемая частота сколь жения; частота вращения рютора; максимальная задаваемая частота скольжения прн-i О; К - масштабный коэффициен 1 . Недостатком устройства является невозможность реализации сложных нелинейных зависимостей ig ( f)i обеспечивающих оптимизацию характеристик электропривода в широком скоростном диапазоне. Наиболее близким к предлагаемому является цифровой регулятор частоты асинхронного тягового привода, содержащий последовательно соединенные датчик частоты вращения, анализатор диапазонов частоты вращения, регистр памяти кода частоты вращения, блок задания кода частоты скольжения, преобразователь кода в частоту скольжения, формирователь временной диаграммы, подключенный к анализатору диапазонов частоты вращения и регистру памяти, алгебраический сумматор частот вращения и скольжения, соединенный с датчиком частоты вращения, преобразователем кода в частоту сколь- жения и задатчиком режима работы электродвигателя, выход задатчика режима работы электродвигателя дополнительно соединен с блоком задания кода частоты скольжения 2. В данном устройстве реализация упомянутой нелинейной зависимости осуществляется методом кусочно-линейной аппроксшчгации, при этом в каждом из диапазонов|,. -ip,, обеспечиваются различные законы изменения частоты скольжения, описываемые в общем виде зависимостью-1 I 4-f + /р , Высокая точность реализации требуемой зависимости i с { i ) может быть достигнута в взвесягном устройстве топько за счет увепичения чиспа участков аппроксимации, что приводит к увепин четпр аппаратурных затрат, успожнению схемы регутштора и снижению надежйости его работы. Аппаратурные затраты возрастают еще дополнительно в связи с тем, что в тяговом и тормозном режимах электропривода реализуются прин ципиально различные функциональные зависимости i 5 ( 1 г) Масштабный коэффициент К в каждом из диапазонов задается в этом устройстве дискретно, что исключает возможност плавной перестройки реализуемой нелинейной зависимости в процессе согласова ния параметров привода. Перестройка реализуемой нелинейной зависимости осуществляется только индивидуально в пределах каждого из диапазонов, что не позволяет вводить общую коррекцию характеристики в зависимости, например, от температуры обмоток двигателя или ток на входе преобразователя в тормозном режиме привода. Алгебраический сумматор в известном устройстве осуществляет и в тяговом и в тормозном режимах суммирование или вычитание (в зависимости от диапазона) трех сигналов , iri.-itteo.ti. 3) Это приводит к дополнительному усложнению схемы регулятора частоты. Цель изобретения - уменьшение аппаратурных затрат, повышение точности регулирования и получение возможности плавной перестройки характеристик регулирования без изменения структуры регулятора. Поставленная цель достигается тем, что в регулятор частоты для асинхронного тягового электропривода с заданием частоты скольжения двигателя в функции частоты его вращения, содержащий последовательно соединенные датчик частоты вращения,авали затор диапазонов част ты врашения.регистр памяти . кода частоты вращения,блок задания копа частотыскольжения,преобразовптелькода в частоту скол жения,формирователь временной диаграмм подключенный к анализатору пиапазонов час тоты вращения и регистру памяти,алгебравеский сумматор частот вращения и скольжения, соединенный с датчиком час тоты вращения,-преобразователем кода в частоту скопнжения и задатчиком режима работы электродвигателя, выход задатчика режима работы электродвигателя дополнительно соединен с блоком заания кода частоты сколоьжения, введен енератор регулируемой опорной частоты, лок задания кода частоты скольжения ыполнен в виде постоянного программиуемого запоминающего блока, а преобазователь кода в частоту скольжения ыполнен в виде делителя частоты с пееменным коэффициентом деления, реализующим функциюг I - L 5 2 частота генератора регулиру емой опорной частоты; код на выходе постоянного программируемого за помина к щего блока; разрядность делителя с переменным коэффициентом деления, при этом выход генератора регулируемой опорной частоты соединен с вторым входом преобразователя кода в частоту, скольжения. С целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения управления несколькими двигателями с улучшенным токораспределением между двигателями в регулятор частоты для асийхронного тягового электропривода введен мультиплексор, постоянно программируемый запоминающий блок содержит индкн видуальные регистры памяти по числу управляемых двигателей, а формирователь временной диаграммы наряду с основным выходом, на котором формируются импульсы частоты 1 , снабжен двумя дополнительными выходами, где формируются инверсные между собой сигналы частоты /2, и шестью информационными выходами, при этом датчики частоты вращения каждого двигателя подключены к входам мультиплексора, остальные входы которого соединены с основными и дополнительными выходами формирователя временной диаграммь,. а выход мультиплексора соединен с анализатором диапазонов частоты вращения, первый и второй информационные выходы формирователя временной диаграммы подключены к индивидуальным регистрам памяти, третий и четвертый - к анализатору диапазонов частоты вращения, а пятый и шестой - к регистру памяти кода частоты вращения, выходы индивидуальных регистров памяти соединены с соответствующими преобразователями кода в частоту скольжения. На фиг. 1 представлена блок-схема регулятора частоты для асинхронного тя.гового эпекгропривода; на фиг. 2-го же, применительно к двухдвигатепьному приводу; на фиг. 3 - нелинейная зависимость ic (ih кусочно-ступенч/атая аппроксимация; на фиг. 4 - временна диаграмма работы предлагаемого регупятора частоты.

Регулятор частоты асинхронного тягового электропривода содержит последовательно соединенные датчик 1 частоты вращения двигателя, анализатор 2 диапазонов частоты вpaщeниЯj регистр 3 памяти кода частоты вращения, постоянный программируемый запомишющий блок 4, преобразователь 5 кода в частоту скопьжения и алгебраический сумматор 6 частот вращения и скольжения. Выход датчика 1 частоты вращения подключен также к второму входу сумматора б, 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 регу- лируемой частоты. Задатчик 9 режима соединен с дополнительным входом сумматора 6 частоты вращения и сколыкения и с постоянным программируемым запоминающим блоком .4.

Регулятор частоты двухдвигательного асинхронного тягового электропривода (фиг. 2) помимо указанных блоков содержит мультиплексор 10, а постоянный программируемый запоминающий блок 4 содержит два индивидуальных регистра 11 памяти, формирователь 7 временной диаграммы снабжен основным ш ходом 12, на котором формируются импульсы частоты Ьц, и дополнительными выходами 13 и 14, где формируются инверсные между собой сигналы частоты i|yv/2, и шестью информационными выходами 152О, при этом датники 1 частоты вращения каждого двигателя подключены к 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 ин формационные выходы 15 и 16 формирователя 7 временной диаграммы подключены к индивидуальным регистрам 11 памяти, третий и четвертый информационные выходы 17 и 18 указанного формирователя - к анализатору 2 диапазонов частоты вращения, а пятыйои 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 11, , 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 времённой диаграммы записывается в регистр 3 памяти кода частоты вращения, представляющего собой совокупность D -триггеров, после чего счетчики анализатора 2 обнуляются, и начинается новый цикл измерения.

Код частоты вращения Kj, и сигнал задания режима поступают на вход постоянного програмк шруемого запоминающего блока 4, определяя адрес, по которому записан код частоты скольжения с ) соотЬетствуюидий измеренному значению частоты вращения i (фиг. 3). Весь объем памяти постоянного программируемого запоминающего блока разделен на два сегмента, в одном из которых записана требуемая зависимость ig (t ) для тягового режима, а в другом - для тормозного. Тот или иной сегмент выбирается сигналом задания режима. Постоянный программируемь1й запоминающий блок 4 представляет собой электрически программируемое (путей пережигания перемычек) устройство с объемсм памятиМхт где N - число записанных слоев; гп - разрядность каждого слова. В данном случае чвспо дискретных знача йий ipj , на которое разбит весь диапазон изменения частоты вращенда i (фиг. 3), с учетом двух режимов работы равно М /2, а разрядность кода частоты скольжения равна iri . Таким образом, при выборе постоянного программируемого запоминающего блока с соответствующим объемом Памяти, а также при с,оответствующей разрядности счетчиков анализатора диапазонов и регистра памяти кода частоты вращеиия требуемые функциональные зависимости д (i) могут быть реализовань с любой заданной точностью. Преобразоватепь 5 кода в частоту скольжения представпяет собой делите пь частоты с переменным коэффициентом депения, обеспечивающий преобразование опорной частоты i , поступающей на его вход от генератора 8, и кода частоты скольжения Kg , поступающего с выхода постоянного программируемого запоминающего бпока 4, в частоту скопьгжения 15 в соответствии с соотношением f - k(4) 5 2 где h - разрядность депитепя с пере.менным коэффициентов деления. Частота скольжения ig с выхода преобразователя 5 поступает на вход апгебграического сумматора 6 частот, где в зависимости от сигнала задания режима суммируется с частотой fp (в тяговом режиме) или вычитается из нее (в тормозном режиме). Выходной сигнал сумматора 6t поступает в сиетему управления преобразователячастоты, питающего асинхронный двигатель. При управлении несколькими двигателями, например двумя, регулятор частоты работает следующим образом. Формирователь 7 временной диаграмМЬ1, состоящий из задающего генератора стабильной частоты Ig , делителя частоты и распределителя импульсов, вырабатывает на раздельных выходах послегдовательности прямоугольных импульсов частотой i (Т, , i А;i i А2 поступающие на вход имультиплексора 10 (фиг.4). .Им пульсы последовательности {д, и инверсны друг относительно друга, а их частоты д м/2 На другие входь мультиплексора 10Поступают последобательности прямоугольных импульсов частотой хгч и f fz с датчиков 1 частоты вращений. В течение положительного полупериод частоты Тд,( производится анализ импул сов частоты вращения i./ . При этом в течение положительного полупериода частоты 1|у мультиплексор 10 пропускает на вход анализатора. 2 диапазонов импул сы .частоты Тр, .которые считаются счетчиком анализатора диапазонов, и к концу положительного полупериода частоты l/rt на выходе анализатора 2 диапазо нов формируется код KI . В течение от рицательного полупериода частоты i (v п хождение импупьсов 1(, на вход анализатора 2 диапазонов блокируется и прои водится обработка полученного кодаКгч под управлением формирователя 7 време ной диаграммы. Выходной распределитель формироваеля временной диаграммы представляет обой сдвоенный дешифрато{ -мультиплэксор У 4. Диаграмма.его выходных импульсов, инхронизированных с работой задающего енератора, представлена на фиг. 4. При D О производится запись кода Kf в регистр 3 памяти, для чего выход D формирователя 7 временной диаграмы подключен к входу регистра 3 памяти. При 2 °° О производится запись кода астоты скольжения K , сформированного на выходе постоянного программируемого апоминающего блока 4, в регистр 11 паяти кода частоты скольжения первого двигателя, для чего выход D формирователя 7 временной диаграммы подключен к ьходу регистра 11 памяти первого двигателя. При Од О или по переднему фронту И1лпульса частоты i |v производится обнуление счетчиков анализатора 2 диапазонов, после чего схема готова к анализу импульсов. частоты вращения второго двигателя Iг2 Этот анализ происходит в течение положительного полупериода частоты f д. При этом аналогично описанному выше в течение положительного полупериода чаототы4;у в анализаторе диапазонов происходит счет импульсов частоты I и формирование кода я в течение отрицательного полупериода частоты if последовательно производятся: запись кода К PQ в регистр 3 памяти, для чего выход Ем формирователя 7 временной диаграммы подключен к входу регистра 3 памяти; запись кода .частоты скольжения 2 сформированного на выходе постоянного программируемого запоминающего блока 4, в регистр 11 памяти кода частоты скольжетшя второго двигателя, для чего выход Е2 формироватетга 7 временной диаграммы подключен к входу регистра 11 памяти второго двигателя; обнуление счетчиков анализатора 2 диапазонов при или по переднему фронту импульса часч-оты тд , после чего схема вновь готова к анализу импупьсов частоты f В индивидуальных регистрах 11 памяти коды , преобразуются в соответствии с выражением (4) в соответст ствующие значения частоты скольжения TS и f 2 При этом благодаря индивигдуальным генераторам опорных частот О И 02 подключенным к входам преобразователей 5, появляется возможность индивидуального воздействия на частоту скольжения каждого двигателя в функции управляющих сигналов U и ии1|г что позвопяет в случае необходимости улучшать токораспредепевке между отдельными двигагепями либо ппавно умень .шать скопьженю отдельных двигателей в режиме боксования. Тем самым повышается использование тяговых свойств тран спортного средства. В индивидуальных сумматорах 6 частот (фиг. 2) происходит алгебраическое суммирование частот f и 52. с соответствующими частотами ip и 1 р2 для получения выходных сигналов i {1 t поступающих в скотемы управления индивидуальных преобразователей частоты, питающих асинхрон ные двигатели. Использование в системе многодвигательного привода мультиплексного разделенного во времени режима наксмпления и обработки информации от отдельных датчи ков позволяет существенно уменыийть аппаратурные затраты на реализацию управляющих и регулирующих устройств привода. В регуляторе частоты при любом чи(ле двигателей используются следующие общие функциональные узлы: формирователь временной диаграммы, мультиплексор с числом каналов, равным числу двигателей, анализатор диапазонов, регистр памяти кода частоты вращения, постоянный программируемый запоминающий блок (ППЗБ). Использование единого постоянного программируемого запоминающего блока для всех двигателей существенно упрощает настройку регуляторов частоты при массовом производстве, так как принципиально отсутствует разброс параметров нелинейных зависимостей, реализуемых различными регуляторами. Согласование характеристик регуляторов с параметрами отдельных двигателей при .f ;бросе последних сводится при этом лшиь к перестройке индивидуальных генераторов опорной частоты о Таким образом, предлагаемое устройство обладает универсальностью, поскол гку для использсфашш его в различных приводах или для управления двигателями с различными параметрами структура,, функциональные связи и схемотехническое исполнение основных узлов регулятора остаются без изменения, изменяется лишь информация, записываемая в ППЗБ. Введение в схему регулятора генератора плавно регулируемой опорной частоты to позволяет, как следует из (4), плавно изменять в щироких пределах уровень задаваемой частоты скольжения g , что может быть использовано как лри наладке привода, так и для управления частотой скольженияВ функции управляющего сигнала Uy (фиг. 1), поступающего из системы автоматического регулирования привода. В рассмотренном регуляторе по сравнению с известным сумматор 6 частот обеспечивает суммирование (вычитание) лишь двух, а не трех частот, что позволяет упростить схему сумматора. Таким образом, введение в схему регулятора частоты асинхронного тягового привода генератора регулируемой опорной частоты, постоянного программируемого запоминающего блока позволяет достигнуть высокую точность реализации требуемой зависимости частоты скольжения от частоты вращения ротора при возможности ПЕИвного регулирования частоты скольжения в широких пределах, а также использовать в системах многодвигательного привода, где улучшается токораспредепение между отдельными двигателями при уменьшении аппаратурных затрат.

/г/ (Pi/.J

/