РЕВЕРСИВНЫЙ ТИРИСТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД Российский патент 1998 года по МПК H02P5/06 

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

Известен тиристорный электропривод постоянного тока, содержащий реверсивный тиристорный преобразователь (ТП), систему импульсно-фазового управления (СИФУ), двигатель с тахогенератором, устройство линеаризации характеристик (УЛХ) ТП в режиме прерывистого тока (рпт), регуляторы тока и скорости двигателя, задатчик скорости и датчик тока.

Устройство линеаризации характеристик в рпт осуществляет линеаризацию характеристик ТП и обеспечивает постоянство коэффициента передачи преобразователя при любой длительности тока, обеспечивая тем самым высокие динамические качества и устойчивость системы электропривода. УЛХ обычно содержит два нелинейных звена и имеет два входа, на 1-й вход подается сигнал, пропорциональный току двигателя, на 2-й вход - сигнал, пропорциональный ЭДС двигателя. Однако такой электропривод обладает недостатком, заключающимся в применении последовательно включенного с регулятором скорости регулятора тока. В этом случае имеем двукратноинтегрирующую САУ и при изменении параметров объекта регулирования (двигателя), например маховой массы или индуктивности или сопротивления якорной цепи в зависимости от тока и температуры, в результате происходит декомпенсация в передаточной функции САУ с ухудшением динамических свойств структуры регулирования (может быть и с потерей устойчивости). Особенно это характерно для рпт, где в УХЛ также происходит компенсация коэффициента передачи ТП и отклонения от компенсации в указанных выше обоих случаях могут привести к неустойчивости САУ. Как известно из указанной выше литературы, наиболее критической в этом случае является двухконтурная система подчиненного регулирования с ПИ-регуляторами тока и скорости. Менее критичной является одноконтурная система.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению и взятым за прототип является электропривод серии ЭПУ1-2, выполненный по одноконтурной структуре (без ПИ-регулятора тока) с дополнительной жесткой связью по току на вход СИФУ и линеаризацей характеристик ТП в рпт, выпускаемый АО ЧЭАЗ (г. Чебоксары) с 1984 г. Данная структура (фиг. 2) содержит тристорный преобразователь (ТП) 1, датчик 2 тока, двигатель 3, систему импульсно-фазового управления (СИФУ) 4, переключатель 5 характеристик, устройство линеаризации характеристик (УЛХ) 6 преобразователя, ПИ-регулятор 7 скорости с регулятором 8, датчиком 9 скорости, логическим устройством 10 для раздельного управления преобразователем, задатчиком 11 скорости и задатчиком 13 тока.

Здесь УЛХ 6 в общем случае включает функциональный преобразователь ЭДС (ФПЕ) (работающий по закону ) и нелинейное звено, апроксимирующее токовую нелинейность ТП, как это описано в вышеуказанной литературе.

Логическое переключающее устройство 10 имеет два выхода, соответственно управляющие переключением переключателя характеристик 5 и СИФУ 4, на входы 1 и 2 логического устройства 10 поступают сигналы с выхода УЛХ 6 и датчика проводимости тиристоров, расположенного в силовой части преобразователя 1.

Резисторы 8 и 13 осуществляют ограничение напряжения на выходе ПИ-регулятором скорости 7 и определяют максимальный ток двигателя. На вход СИФУ 4, кроме сигнала с выхода переключателя 5, поступает также сигнал жесткой обратной связи по току с датчика 2, которые улучшают динамические свойства САУ. На входах УЛХ 6 оба сигнала в установившемся режиме имеют одинаковые знаки и сигнал тахогенератора, поступая на устройство УЛХ 6, осуществляет положительную связь по ЭДС (скорости) двигателя. При такой структуре регулятор 7 осуществляет поддержание заданной скорости, а резистор 13 осуществляет ограничение максимальной величины тока.

К недостаткам прототипа относятся:
недостаточное качество токоограничения в пусковых режимах, так как в явном виде отсутствует устройство токоограничения с обратной связью по току; в результате уставка токоограничения зависит от дестабилизирующих факторов (колебания напряжения сети и изменения сопротивления якорной цепи двигателя из-за изменения температуры);
недостаточная надежность работы электропривода, обусловленная увеличением времени переходных процессов, так как форма токовой диаграммы в пусковых режимах не является прямоугольной.

Технический результат заявляемого решения - улучшение статических и динамических характеристик токоограничения и повышение надежности электропривода.

Технический результат достигается тем, что в реверсивный тиристорный электропривод, содержащий тиристорный преобразователь, подключенный по входу через датчик тока к сети, а по выходу к якорю двигателя постоянного тока, управляющие цепи тиристоров преобразователя соединены с устройством импульсно-фазового управления, которое подключено к переключателю характеристик, соединенному с устройством линеаризации характеристик тиристорного преобразователя, первый вход которого соединен с ПИ-регулятором скорости с ограничительным резистором в его выходной цепи, а второй вход - с датчиком скорости, входы регулятора скорости соответственно соединены с задатчиком и датчиком скорости, выход устройства линеаризации характеристик преобразователя соединен с первым входом логического переключающего устройства, а его второй вход - с датчиком тока, при этом два выхода логического переключающего устройства подключены соответственно к переключателю характеристик и к системе импульсно-фазового управления; введено устройство параллельного токоограничения, состоящее из ПИ-регулятора тока, ограничителя напряжения, инвертора, задатчика тока, задатчика уровня ограничения, блокирующих диодов и ключа сброса, при этом входы ПИ-регулятора тока соединены с задатчиком и датчиком тока, а выходы - с инвертором, блокирующие диоды подключены к выходам ПИ-регулятора тока и инвертора, а также соединены в общую точку, которая подключена к выходу ПИ-регулятора скорости, ограничитель напряжения соединен с ПИ-регулятором тока, вход ограничителя подключен к задатчику уровня ограничения, ключ сброса подключен к ПИ-регулятору тока, вход ключа сброса соединен с третьим выходом логического переключающего устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что улучшение характеристик токоограничения и повышение надежности электропривода достигается за счет введения дополнительного устройства параллельного токоограничения, состоящего из ПИ-регулятора тока, ограничителя напряжения, инвертора, задатчика тока, задатчика уровня ограничения, блокирующих диодов и ключа сброса, определенным образом соединенных между собой и подключенных через блокирующие диоды к общей точке устройства линеаризации характеристик ТП и ПИ-регулятора скорости.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого электропривода, где приняты следующие обозначения: 1 - тиристорный преобразователь (ТП), 2 - датчик тока (ДТ), 3 - двигатель (М), 4 - устройство импульсно-фазового управления (СИФУ), 5 - переключатель характеристик (ПХ), 6 - устройство линеаризации характеристик (УЛХ) преобразователя с двумя входами, 7 - ПИ-регулятор скорости (RC) двигателя, 8 - резистор (сопротивление на выходе RC), 9 - датчик скорости двигателя (может применяться кроме электромеханического типа также статический аналог), 10 - логическое переключающее устройство (ДПУ), осуществляющее реализацию способа раздельного управления группами тристоров ТП, 11 - задатчик скорости, 12 - устройство параллельного токоограничения, 13 - задатчик тока якоря двигателя, 14 - задатчик уровня ограничения, 15 - ПИ-регулятор тока, 16 - ограничитель напряжения, 17 - инвертор, 18, 19 - блокирующие диоды, 20 - ключ сброса конденсатора в ПИ-регуляторе тока.

В предлагаемом устройстве реверсивный тиристорный преобразователь 1 по входу подсоединен через датчик 2 тока к сети, а по выходу - к якорю двигателя 3, управляющие цепи тиристоров преобразователя соединены с СИФУ 4, вход которой подключен к переключателю 5 характеристик, который соединен своим входом с выходом УЛХ 6 преобразователя, первый вход которого подключен к ПИ-регулятору 7 скорости двигателя, через резистор 8, а второй вход - к датчику 9 скорости, к датчику 2 тока и УЛХ 6 преобразователя подключены два входа логического переключающего устройства 10, выходы которого соединены с переключателем 5 характеристик, СИФУ 4 и ключом сброса 20, при этом входы ПИ-регулятора 7 скорости подключены к задатчику 11 скорости и датчику 9, а между общей точкой ПИ-регулятора 7 скорости и УЛЗ 6 преобразователя включен выход дополнительного устройства 12 параллельного токоограничения, состоящего из задатчика 13 тока, задатчика 14 уровня ограничения, ПИ-регулятора 15 тока, ограничителя 16 напряжения, инвертора 17, блокирующих диодов 18, 19 и ключа 20 сброса, при этом входы регулятора 15 соединены с задатчиком 13 и датчиком 2 тока, а между его выходом и суммирующей точкой включен ограничитель 16, блокирующие диоды 18 и 19 подключены к выходам узлов 15 и 17, а ключ сброса 20 - к конденсатору в ПИ-регуляторе 15 тока.

Реверсивный электропривод работает следующим образом.

В соответствии с уровнем задающего сигнала, снимаемого с задатчика 11 скорости, и сигналом датчика 9 скорости на выходе преобразователя 1 устанавливается напряжение, прикладываемое к якорю двигателя 3. В переходных режимах (пуск, реверс, торможение) вступает в действие узел 12 параллельного токоограничения. При этом уставка токоограничения определяется задатчиком 13 и обратной связью по току с датчика 2 тока. Ограничитель 16 осуществляет ограничение напряжения на выходе 15, исключающее автоколебания и броски тока. Диоды 18, 19 блокируют (развязывают) между собой ПИ-регуляторы скорости и тока. Это исключает взаимное влияние их друг на друга по РС-цепям коррекции. Ключ 20 сброса используется для разряда в бестоковую паузу (определяющуюся задержкой ЛПУ 10) конденсатора ПИ-регулятора тока при переключении комплектов тиристоров "Вперед" и "Назад" преобразователя 1. Это исключает бросок тока, который может быть за счет остаточного напряжения на конденсаторе корректирующей РС-цепи. Ключ приводит указанное напряжение в "ноль" и момент переключения преобразователя происходит всегда при нулевых начальных условиях указанного конденсатора. В результате обеспечивается четкое стабильное токоограничение, что обеспечивает надежную работу электропривода без бросков тока и без искрения на коллекторе якоря двигателя. В отличие от структуры подчиненного регулирования электропривода, относящегося к САУ с последовательной коррекцией (последовательное включение регуляторов), структура с параллельным токоограничением обеспечивает лучшую динамику САУ.

Испытания предлагаемого устройства, проведенные во ВНИИР, дали положительные результаты.

Использование предлагаемого устройства планируется с 1995 г. в новых сериях электроприводов ЭПУ4.1

Использование: в электроприводах постоянного и переменного тока. Сущность изобретения: в реверсивный тиристорный электропривод, содержащий тиристорный преобразователь, датчик тока, устройство импульсно-фазового управления, переключатель характеристик, устройство линеаризации характеристик тиристорного преобразователя, ПИ-регулятор скорости, датчик скорости, логическое переключающее устройство, введено устройство параллельного токоорганичения, состоящее из ПИ-регулятора тока, ограничителя напряжения, инвертора, задатчика тока, задатчика уровня ограничения, блокирующих диодов и ключа сброса. Ограничитель напряжения соединен с ПИ-регулятором тока, вход ограничителя подключен к задатчику уровня ограничения, ключ сброса подключен к ПИ-регулятору тока, вход ключа сброса соединен с третьим выходом логического переключающего устройства. Это позволяет улучшить статические и динамические характеристики токоограничения и повысить надежность. 2 ил.

Реверсивный тиристорный электропривод, содержащий тиристорный преобразователь и датчик тока, включенные в цепь питания двигателя постоянного тока, управляющие цепи тиристоров преобразователя соединены с выходом устройства импульсно-фазового управления, которое первым входом подключено к выходу переключателя характеристик, соединенному с выходом устройства линеаризации характеристик тиристорного преобразователя, первый вход которого соединен с выходом ПИ-регулятора скорости с ограничительным резистором в его выходной цепи, а второй вход с датчиком скорости, входы регулятора скорости соответственно соединены с задатчиком и датчиком скорости, выход устройства линеаризации характеристик преобразователя соединен с первым входом логического переключающего устройства раздельного управления группами тиристоров преобразователя, а его второй вход с датчиком тока, при этом два его выхода подключены соответственно к управляющему входу переключателя характеристик и к второму входу системы импульсно-фазового управления, третий вход которой соединен с выходом датчика тока, отличающийся тем, что введено устройство параллельного токоограничения, состоящее из ПИ-регулятора тока, ограничителя напряжения, инвертора, задатчика тока, задатчика уровня ограничения, блокирующих диодов и ключа сброса, при этом входы ПИ-регулятора тока соединены с задатчиком и датчиком тока, а выход с инвертором, блокирующие диоды одними выводами подключены к выходам ПИ-регулятора тока и инвертора, а другими соединены в общую точку, которая подключена к выходу ПИ-регулятора скорости, ограничитель напряжения соединен с ПИ-регулятором тока таким образом, чтобы обеспечить ограничение напряжения на выходе ПИ-регулятора тока, управляющий вход ограничителя подключен к задатчику уровня ограничения, ключ сброса подключен к ПИ-регулятору тока таким образом, чтобы обеспечить разряд его конденсатора в бестоковую паузу ПИ-регулятора тока, а управляющий вход ключа сброса соединен с третьим дополнительным выходом логического переключающего устройства раздельного управления группами тиристоров преобразователя.