Электропривод постоянного тока Советский патент 1983 года по МПК H02P5/06 

(54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, в приводе подачи или главного движения стайка.

Известен реверсивный тиристорный электропривод постоянного тока, выполненный на основе тиристорного выпрямителя с раздельным управлением группами и содержащий регулятор скорости, регулятор тока с прямым и инверсным выходами, многоканальную систему импу.льснЬ-фазового управления, а также логическое устройство с двумя усилителями тока и датчики тока и скорости. Система импульснофазного управления состоит из фильтра синхронизирующего напряжения, многоканального источника пилообразного опорного напряже,ния и нуль-органа в каждом канале управления. Выходное напряжение регулятора поступает на один вход каждого нуль-органа, а на другой его вход подается пилообразное опорное напряжение (длительностью 180 эл.град). Настройка начальной фазы импульсов управления при нулевом значении выходного напряжения регулятора осуществляется введением напряжения смещения на вход нуль-органов С 11

Недостатком этого электропривода является возможная несимметрия выходного напряжения тиристорного выпрямителя , обусловленная разбросом параметров и несимметрией настройки звеньев, формирующих пилообразное опорное напряжение в многоканальной системе управления, а также разбросом параметров входных цепей нуль-органов.

10 В таком электроприводе требуется большое количество настроечных операций, что ухудшает его эксплуатационные характеристики.

Наиболее близким по технической

15 сущности к изобретению является электрюпривод постоянного тока, содвржгиаий тиристорный выпрямитель с анодной и катодной группами, электродвигатель, датчик частоты врашения и схему

20 управления, состоящую из регулятора, соединенного с выходом датчика частоты вращения, системы импульснофаэного управления, включающей в себя одноканальный аналого-импульсный пре25образователь с двумя аналоговыми и двумя импульсными входами- и двумя выходами, источник синхронизирующего напряжения, фазоимпульсный детектор с прямыми и инверсными выходами,

30 два формирователя синхронизирующих импульсов, входы одного из которых соединены с прямыми, входы другого с инверсными выходами фазоимпульсно го детектора, а выходы форя ировател соединены с импульсными входами аналого-импульсного преобразовател и два распределителя импульсов, каж дый из- которых состоит из элементов И по числу тиристоров в каждой гру пе, при этом первые входы элементо И первого распределителя соединены с первым выходом аналого-импульсног преобразователя, первые входы эле- ментов И второго распределителя. - с вторым выходом этого преобразователя, выходы элементов И первого распределителя связаны с соответствующими тиристорами катодной группы, а выходы элементов И второго распреде лителя - с соответствующими тиристо рами анодной группы U 2. Недостатками этого устройства являются невысокие энергетические характеристики привода из-за необходимости эапаса по напряжению питания тиристорного выпрямителя вследствие ограничения диапазона из менения углов управления тиристорами; пониженная надежность привода обусловленная возможностью прорыва инвертора при значительном снижении напряжения сети за счет того, что импульсы правления тиристорами пр резком выходе привода из рзжима под тормаживания могут исчезнуть; невозможность получения предельных ди намических характеристик, прежде всего полосы пропускания привода при значительных ЭДС двигателя, изза наличия зоны нечувствительности по управлению, определяемой величиной ЭДС. Целью изобретения является улучшение энергетических и динамических характеристик и повышение надежности электропривода. Поставленная цель достигается те что в электропривод постоянного тока дополнительно введены датчик ЭДС электродвигателя, согласующий элемент, элементы сравнения по числу тиристоров в каждой группе, два однополупериодных выпрямителя с прямы ми входами и два однополупериодных выпрямителя с инверсными входами, при этом первый вход 1-го элемента сравнения соединен с i-м ВЕЛХОДОМ источника синхронизирующего напряжения, а второй вход этого элемента сравнения соединен через согласующий элемент с датчиком ЭДС электродвигателя, выход этого же элемента сравнения соединен с 1-м входом фазоимпульсного детектора, второй и третий входы i-ro элемента И первого распределителя импульсов соединены соответственно с 1-м прямым и (i-1) инверсным выходами фазоимпульсного детектора, а второй и третий входы i-ro элемента И второго распределителя импульсов соединены соответственно с i-м инверсным и (i-1) прямым выходами фазоимпульсного детектора, прямой и инверсный входы двух однополупериодных выпрямителей подключены к выходу регулятора, прямой и инверсный входы двух других - к выходу датчика ЭДС электродвигателя, выходы упомянутых выпрямителей с пряюдми входами подключены к одному аналоговому входу, а выходы выпрямителей с инвеосными входами - к другому аналоговому входу аналого-импульсного преоораэователя, где i - порядковый номер элементов, связанных с одной и той же фазой напряжения питания тиристорного выпрямителя при прямом порядке следования фаз. На чертеже изображена структурная схема электропривода с трехфазным нулевым тиристорным выпрямителем. Электропривод содержит тиристорный выпрямитель 1 с катодной 2 и анодной 3 группами тиристоров, к выходу которого подсоединен электродвигатель 4 с датчиком 5 частоты вращения и датчиком ЭДС 6. К одному из входов регулятора 7 подключен источник задающего напряжения, а к другому. - датчик 5 частоты вращейия. Выход регулятора 7 через однополупериодные выпрямители 8 и 9, первый из которых имеет, прямой вход, а второй - инверсный, подсоединен к двум входам системы 10 импульсно-фазового управления.При этом выход выпрямителя 8 подключен непосредственно к одному аналоговому входу, а выход выпрямителя 9 подключен к другому аналоговс 1у входу одноканального аналого-импульсного преобразователя 11, который входит в систему 10 импульсно-фазового управления. Два вЕлхода аналого-импульсного преобразователя 11 соединены соответственно со входами распределителей 12 и 13 импульсов управления, каждый из которых выполнен в виде m трехвходовых элементов И. При этом один вьвсод аналого-импульсного преобразователя 11 подключен непосредственно к первому входу всех элементов И распределителя 12, а второй выход соединен с первыми входами всех элементов И распределителя 13. Выход 1-го элемента И распределителя 12 подключен к управлякицему переходу 1-го тиристора катодной группы 2, а выход i-ro элемента И распределителя 13 подключен к управлягадему переходу i-ro тиристора анодной группы 3 (в том случае, когда тиристорный выпрямитель выполнен по мостовой схеме, ка-, тодной считается группа, катоды которой подключены к тому же выводу якорной обь4отки двигателя, что и катодытиристоров в эквивалентной ,т-фазной нулевой схеме). Система 10 импульсно-фазового управления содержит также подключен|ный:к сети переменного тока источник 14 синхронизирующего напряжения cm выходами, подключенный через элемент сравнения 15 к т-канальному фазоимпульсиому детектору 16, и формирователи 17 и.18 синхронизирующих импульсов . При этом каждый 1-й выход источника 14 через 1-й элемент срав 1 нения 15 подключен к 1-му каналу фа зримпульсного детектора 16, прямые выходы которого подключены ко входа фо{ЯУ1ирователя 17, а ийверсные - ко входс1М формирователя 16. Кс1ждый из формирователей состоит из m диффере .цирУющих элементов, соединенных с элементом ИЖ. Выхода формирователе 17 и 18 соединены с двумя импульсны ми входами аналого-импульсного преобразователя. Второй и третий входы каждого эл мента И распределителей 12 и 13 под ключены к выходам фазоимпульсного . детектора 16. При этом второй вход i-ro элемента И распределителя 12 соединен с прямым выходом, а второй вход 1-го элемента И распределителя l3 с инверсным выходом 1-го канала фазоимпульсного детектора 16. Трети вход 1-го элемента И распределителя 12 соединен с инверсным выходом, а т|ретий вход i-fro элемента И распределителя 13 - с прямым выходом (1-1 го канала фазоимпульсного детектора 16.i К выходу однополупериодного выпрямителя 8 подключен однополупериодный выпрямитель 19 с прямьвл входо к выходу однополупериодного выпрями ля 9 подключен однополупериодный выпрямитель 20 с инверсным входом. Входы выпрямителей 19 и 20 подсоединены к датчику ЭДС 6. К нему же через согласукщий элемент 21 подключены входы вёех m элементов срав нения 15. Электропривод работает следующим образом. При пуске электропривода направл ние вращения вала двигателя 4, и, следовательно, выбор работающей группы тиристоров 2 или 3 осуществляется в соответствии с полярностью .сигнала управления на выходе регулятора 7. При ОДНОЙ полярности этого сигнала проводит однополупериодный выпрямитель 8 с прямым входом, при другой - однополупериодный выпрямитель 9 с инверсным входом. При этом импульсы управления формируются на одном либо на другом выходе аналого-импульсного преобразователя 11 и далее поступают в распределнтель 12 либо 13. На кажый из импульсных входов аналогоимпульсного преобразователя 11 поается последовательность импульсов синхронизации, причем в статическом режиме временной сдвиг между импульсами в каждой последовательности составляет 2T7IH. В предлагаемом электроприводе последовательность импульсов синхронизации смещается во времени. Переменное синхронизирующее напряжение на каждсял 1-м выходе источника 14 совпадает по фазе с напряжением на аноде 1-го тиристора катодной группы тиристоров выпрямителя 1, а мгновенное значение этого напряжения определяется из соотношенияи { sinlJBt - (i-l)21ir/ml. При этом переменное синхронизирующее напряжение на каждом 1-м выходе источника 14 отстает от напряжения на (1-1)-м выходе на угол 2«7ni, а напряжение на последнем выходе () опережает на угол напряжение на первом выходе () . Напряжение 1-го выхода источника 14 подается на 1-й из элементов сравнения 15. С выхода этого элемента разность между синхронизирующим напряжением и напряжением от согласующего элемента 21, :пропорциональная ЭДС двигателя 4, поступает на вход 1-го канала фазоимпульсного детектора 16. На прямом и инверснсм выходах каждого 1-го канала фазоимпу асного детектора 16 формируются прямоугольные импульсы, положение переднего и заднего фронтов которых относительно момента перехода через ноль напряжения на соответствующем 1-м выходе источника 14 определяется величиной ЭДС двигателя Е. Напряжение, пропорциональное ЭДС двигателя 4, с датчика 6 через согласующий элемент 21 подается на входы элементов сравнения 15. Величина этого напряжения выбирается таким образом, чтобы отношение амплитуды синхронизирующего напряжения на выходе источника 14 к напряжению на выходе согласукхцего элемента 21 было равно отношению амплитудам напряжения питания тиристорного выпрямителя 1 к ЭДС исполнительного двигдтел 4, т.е. величине Е-., Фаза заднего фронта импульсов на прямом и инверсном выходах каждого 1-го канала фазоимпульсного детектора 16 соответствует углу управления тиристорами в режиме холостого хода двигателя. При этс расширяется общий диапазон изменения углов управления тиристорами и обес- печивается возможность переключения . групп тиристоров fB случае раздельного управления ими) при напряжении регулятора, соответствуклцем холостому ходу двигателя, что существенно повышает энергетические и динамические характеристики привода. В формирователе 17 импульсы с прямых выходов фазоимпульсного детектора 16 дифференцируются и собираются в одну последовательность, которая затем поступает на импульсный вход аналого импульсного преобразователя 11. Аналогичная операция производится р импульсами, поступающими с инверсных входов фазоимпульсного детектора 16 в формирователе 18. Таким образом, фаза синхронизируквдих импульсов на импульсных входах аналого-импульс ного преобразователя 11 определяется ЭДС двигателя 4 в соответствии с выражением -. arcsin Ел/Vj. Величина напряжения на выходе регулятора 7 оп ределяет падение напряжения в якорной цепи двигателя или в установившемся режиме электропривода ток якоря. Распределение импульсов управления по тиристорам в распределителях. 12 и 13 производится при помощи прямоугольных импульсов, модулированных по ширине и фазе, поступающих с выходов 16 на второй и третий входы элементов И распределителей 12 и 13 Эти импульсы определяют интервал возможного изменения углов управления i-M тиристором катодной 2 или анодной 3 групп выпрямителя 1 при те кущем значении ЭДС двигателя, В установившемся режиме работы электропривода этот интервал времени равен 27Г/т, а конец интервала соответствует режиму идеального холостого хода двигателя 4. Установка,начального угла управления тиристорами при нулевом значении напряжения на выходе регулятора 7 производится в аналогоимпульсном преобразователе 11 с помощью одной настройки для всех тиристоров группы 2 или 3 тиристорного выпрямителя. Однополупериодные выпрямители 19 ч 20 обеспечивают поддержание угла безопасного инвертирования для инвер торной группы тиристоров. Напряжение от датчика ЭДС двигателя б поступает на вход аналого-импульсного преобразователя 11 через один-из однополуп риодньох выпрямителей 19 или 20 в зависимости от полярности ЭДС двигателя 4. В двигательном режиме работы электропривода угол открытия тиристоров выпрямительной группы (отсчет ведет ся относительно угла, соответствуняцего холостому ходу двигателя) определяется напряжением, поступающим от регулятора 7 через однополупериодный выпрямитель 8 (или 9) на соответствующий вход аналого-импульс .ного преобразователя,11. Напряжение на другом его входе определяется напряжением, пропорциональным ЭДС двигателя 4, поступаклдим через однополупериодный выпрямитель 20 (или 19). При переходе электропривода в режим подтормаживания полярность напряжения на выходе регулятора 7 меняется и проводивший до этого однополупериод ный выпрямитель. 8 (или 9) запирается. Напряжение на выходе . выпрямителя 9 (или 8) при этом становится больше напряжения .на выходе однополупериодного выпрямителя 20 (или 19). В результате выпрямитель 20 (или 19) оказывается закрытым, а угол управления тиристорами инверторной группы определяется напряжением регулятора 7. При выходе из подтормаживания снова меняется поляруость напряжения на выходе регулятора 7, запирается однополупериодный выпрямитель 9 (или 8) и на вход аналого-импульсного преобразователя 11 поступает напряжение от однополупериодного выпрямителя 20 (или 19), величина которого пропорциональна ЭДС двигателя 4 и выбирается таким образом, чтобы в режиме выхода из подтормажив.ания при максимальной ЭДС двигателя угол управления -поддерживался на уровне, обеспечивающем безопасное инвертирование с учетом возможного понижения напряжения сети. После спадания тока в инверторной группе им- , пульсы управления на тиристоры этой группы перестают поступать, а вновь подаются импульсы управления на тиристоры выпрямительной группы. Таким образом обеспечивается надежное функционирование электропривода с улучшенньми энергетическими характеристиками и одноканальным аналого-импульсным преобразователем. Формула изобретения Электропривод постоянного тока, сбдержащий электродвигатель, тиристорный выпрямитель с катодной и анодиЪй группами, подключенный к электродвигателю, датчик частоты вращения, жестко связанный с валом электродвигателя, схему управления, состоящую из регулятора, соединенного с выходом датчика частоты вращения, системы импульсно-фазового управления, включающей.в себя одноканальный аналого-импульсный преобразователь с двумя аналоговыми и двумя импульсными в.ходами и двумя выходами, источник синхронизирующего напряжения, фазоимпульсный детектор с прямыми и инверсными выходами, Два формирователя синхронизируннцих импульсов, входы одного из которых соединены с прямыми, а входы другого - с инверсными выходами

фазоимпульсного детектора, а выходы формирователей соединены с импульсными входами аналого-ймпульсного . преобразователя, и два распределителя импульсов, каждый из которых составлен из элементов И по числу , тиристоров в каждой группе, при этом первые входы элементов И первого распределителя соединены с первым выходом аналого-ймпульсного преобразователя, первые входы элементов И второго распределителя с BTojHiiM выходе этого преобразователя, выходы элементов И первого распределителя связаны с соответствукяцими тиристорами катодной группы а выходы элементов И второго распределителя - с соотвётствукяцими тиристорами анодной группы, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических и динамических характеристик ij повышения надежности электропривода, в него дополнительно введены датчик ЭДС электродвигателя, согласукиций элемент, элементы сравнения по числу тиристоров в каждой группе, два однополупериодных выпрямителя с прямыми входами и два однополупериодных выпрямителя с инверсными входми, при этом первый вход i-ro элемета сравнения соединен с i-м выходом источника синхронизирукадего напря жения, а второй вход этого элемента сравнения соединен через согласующий элемент с датчиком ЭДС электроiдвигателя, выход этого же элемента

сравнения соединен с 1-м входом фазоимпульсного детектора, второй и третий входы i-ro элемента И первого распределителя импульсов соединены соответственно с 1-м прямым и

10 прямым выходами фазоимпульсного де тектора, прямой и инверсный входа двух однополупериодных выпрямите- . лей подключены к выходу регулятора, прямой и инверсный входаг двух гих - к выходу датчика ЭДС электродвигателя, выходы упомянутых вьшрями телей с прЯ1«1В11и входами подключены к одному аналоговш(у входу, а выходы выпрямителей с инверснЕАШ входами 2Q к другому аналоговому входу, анашогоимпульсного преобразователя, где i .порядковый номер элементов, связанных с одной и той же фазой нглряжения питания тиристорного преобразователя

25 при прямсм порядке следования фаз. ,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

35 pNr 3192/Dl (Febr 76).