ТИРИСТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД Российский патент 1995 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматизированным электроприводам, и может найти применение в электроприводах постоянного и переменного тока.

Известен тиристорный электропривод постоянного тока (Динамика вентильного электропривода постоянного тока./Под редакцией канд.техн.наук А.Д.Поздеева. Энергия, 1975, с.158,159 168-178, 201-216), содержащий тиристорный преобразователь, систему импульсно-фазового управления (СИФУ) тиристорами, двигатель с тахогенератором, устройство линеаризации характеристик (УЛХ) преобразователя в режиме прерывистого тока (РПТ), регуляторы тока и скорости двигателя, задатчик скорости и датчик тока. Электропривод в своей основе выполнен на классической структуре подчиненного регулирования скорости двигателя, уровень которой определяется задатчиком скорости.

УЛХ преобразователя в РПТ осуществляет поддержание постоянства коэффициента передачи преобразователя в зависимости от длительности тока, обеспечивая тем самым высокие динамические качества и устойчивость системы электропривода. Однако УЛХ не может устранить недостаток, обусловленный исчезновением регулирующего воздействия в цепи обратной связи по току в РПТ при безинерционном регуляторе тока, например, пропорциональном (П-регуляторе). Аналогичные недостатки имеют место в системах с дополнительной жесткой обратной связью по току на вход СИФУ, а также в случае применения П-регулятора тока, в котором в РПТ исчезает отработка пропорциональной составляющей обратной связи по току (см.указанную выше литературу, с.158,159, 168-178). Это приводит к ухудшению динамических характеристик электропривода как постоянного, так и переменного тока.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является электропривод серии ЭПУ1-2 (Донской Н.В. Иванов А.Г. и др. Электроприводы постоянного тока для станков, роботов и других промышленных механизмов. Электротехника, N 2, 1988, с.5-10). Электропривод содержит тиристорный преобразователь, двигатель, датчик тока, датчик скорости (тахогенератор), СИФУ, УЛХ, регулятор скорости (РС) и задатчик скорости. УЛХ состоит из двух нелинейных звеньев (НЗ): в цепи РС и в цепи обратной связи по скорости. На вход управляющего органа СИФУ поступает сигнал НЗ и сигнал жесткой отрицательной обратной связи по току. В этом случае управляющий орган с обратной связью по току представляет собой как бы пропорциональный (безинерционный) П-регулятор тока. В РПТ в момент паузы в токе контур тока размыкается, т.е. в прерывистом режиме регулятор тока не работает, а осуществляет свои функции только в режиме непрерывного тока (когда обратная связь по току не прерывается).

Данный электропривод имеет следующие недостатки. Размыкание контура тока в РПТ приводит к тому, что нет регулирующего воздействия обратной связи по току и заданное значение тока не обрабатывается, в системе регулирования появляется ошибка. Особенно это негативно сказывается в однофазных тиристорных электроприводах, а также в электроприводах с малоиндуктивными высокомоментными двигателями, где большая зона РПТ, которая доходит до номинального тока двигателя. Следствием этого является также недостаток, выражающийся в изменении уровня токоограничения при изменении напряжения питающей сети и температуры окружающей среды, что влияет на статические и динамические характеристики электропривода.

Технический результат заявляемого решения улучшение статических и динамических характеристик электропривода.

Технический результат достигается тем, что в тиристорный электропривод, содержащий тиристорный преобразователь, выход которого предназначен для подключения к электродвигателю, а вход соединен с СИФУ, подключенной к регулятору тока, соединенному с датчиком тока и РС, входы которого подключены к задатчику и датчику скорости, введены пиковый детектор и сумматор импульсов управления тиристорами, при этом основной вход пикового детектора соединен с датчиком тока, управляющий вход с сумматором импульсов управления, вход которого соединен с выходом СИФУ, выход пикового детектора соединен с регулятором тока.

Сущность изобретения заключается в том, что улучшение характеристик электропривода достигается за счет исключения эффекта исчезновения регулирующего воздействия обратной связи по току в РПТ при сохранении высокого быстродействия системы. Это реализуется введением в канал обратной связи по току пикового детектора, основной вход которого соединен с выходом датчика тока, управляющий вход подключен к введенному сумматору импульсов управления, а выход к входу регулятора тока.

На фиг. 1 приведена схема заявляемого электропривода, где 1 тиристорный преобразователь, 2 электродвигатель, 3 датчик тока, 4 датчик скорости (тахогенератор), 5 СИФУ тиристорами, 6 регулятор тока, 7 РС, 8 задатчик скорости, 9 пиковый детектор, 10 сумматор импульсов управления; на фиг.2 приведена схема пикового детектора (см. Фолкенберри Л. Применение операционных усилителей и линейных ИС. М: Мир, 1985, с. 233-234), где 11, 16 усилители, 12, 13 диоды, 14 конденсатор, 15 ключ сброса, 17 резистор; на фиг.3 приведены диаграммы сигналов на выходах элементов 3,9,10.

Тиристорный преобразователь 1 соединен с двигателем 2 и датчиком 3 тока, с двигателем сочленен датчик 4 скорости, к преобразователю подключена СИФУ 5, вход которой соединен с регулятором 6 тока, первый вход которого подключен к РС 7. Входы РС 7 соединены с задатчиком 8 и датчиком 4 скорости, второй вход регулятора 6 тока соединен с пиковым детектором 9, основной вход которого подключен к датчику 3 тока, а управляющий вход к сумматору 10 импульсов, подключенному к выходу СИФУ 5.

Электропривод работает следующим образом.

В соответствии с уpовнем задающего сигнала задатчика 8 скорости и нагрузкой двигателя 2 на выходах регуляторов 7 и 6 устанавливаются сигналы, которые определяют угол регулирования СИФУ 5 тиристорного преобразователя 1. На выходе датчика 3 тока в РПТ имеют сигнал, изображенный на фиг.3, 3. Этот сигнал поступает на основной вход пикового детектора 9 и в нем превращается в сигнал, изображенный на фиг.3, 9. На управляющий вход детектора 9 поступают импульсы с выхода сумматора 10, изображенные на фиг.3, 10. Таким образом, прерывистая форма тока при помощи детектора 9 и сумматора 10 превращается в непрерывную и информация по току в РПТ не исчезает, обеспечивая нормальную работу регулятора тока с любой передаточной функцией (П, ПИ, ПИД). В моменты появления импульса управления пиковый детектор 9 кратковременно обнуляется и в него производится запись новой информации по току нового амплитудного значения тока i_m1 (i_m2), которое запоминается на интервале периода дискретности тиристорного преобразователя
T где ω_о динамическая частота сети; m фазность преобразователя; f частота сети.

Преимуществом предлагаемого электропривода по сравнению с прототипом является улучшение характеристик в РПТ. Характеристики улучшаются за счет действия регулятора тока в прерывистом режиме и обеспечением точности отработки и поддержания тока (в прототипе П-регулятор тока в РПТ не работает). Следует заметить, что включение в цепь датчика тока вместо пикового детектора 9 и сумматора 10 известного RC-фильтра оптимально не решает указанную проблему, так как такой фильтр вносит инерционность в канал регулирования, ухудшая динамические характеристики и устойчивость электропривода. Большую эффективность можно получить в однофазных электроприводах, которые работают в основном в РПТ.

Испытания заявляемого электропривода, проведенные во ВНИИР, дали положительный результат.

Использование заявляемого решения планируется с 1993-1994 г. в новой серии однофазных электроприводов на Харьковском заводе "Электромашина".

Использование: в электротехнике, для приводов постоянного и переменного тока. Сущность: улучшение динамических и статических характеристик достигается тем, что в тиристорный электропривод, содержащий преобразователь, соединенный с электродвигателем, датчиком тока, системой импульсно-фазового управления, соединенной с регулятором тока, регулятор скорости, соединенный с задатчиком и датчиком скорости, введены токовый детектор и сумматор импульсов управления тиристорами. 3 ил.

ТИРИСТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий тиристорный преобразователь, выход которого предназначен для подключения электродвигателя, а вход соединен с системой импульсно-фазового управления, подключенной к регулятору тока, соединенному с датчиком тока и регулятором скорости, входы которого подключены к задатчику и датчику скорости, отличающийся тем, что в него введены пиковый детектор и сумматор импульсов управления тиристорами, при этом основной вход пикового детектора соединен с датчиком тока, управляющий вход с сумматором импульсов управления, вход которого соединен с выходом системы импульсно-фазового управления, выход пикового детектора соединен с регулятором тока.