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

гического элемента И, через второй пороговый элемент - с выходом первого блока выделения модуля и через цепочку из диода, конденсатора, и порогового элемента - с выходе четвертого блока сравнения, входы которого подключены к выходам третьего и четвертого бликов выделения модуля, вход последнего из которых включён паралелльно обмотке добавочшлх плюсов и компенсационной обмотке, 9 выход логического элемента ИЛИ через третий пороговый элемент соединён с входом первого функционального преофазователя. 10 3 2. Электропривод по п. 1, о т л и чающийся тем, что в него введены последовательно, соединенные блок сравнения, диод и блок задержки, а также автоматический выйлючатель с расцепителем, при этом входы введенного блока сравнения соединены с выходами первого и второго блоков выделения модуля, а выход блока задержки, подключен к входу логического элемента ИЛИ, ылхоп которого соединён с расиепителем автоматического выключателя.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению частотой вращения электродвигателей постоянного изменением как напряжения на якоре, так и тока возбуждения, и может быть применено; в электроприводе непрерывных прокатных и плющильных станов, волочильных станков, а также буровых и металлорежущих станков. У таких электроприводов диапазон регулирования частоты враоюния и мгновенная мощность на валу- электродвигателя ограничиваются условиями коммутации на коллекторе (уровнем искрения под рабочими шетками) и условиями коммутационной прочности коллектора (т.е. вероятностью возникновения кругового огня). Кроме того, у таких приводов отказ, в первую очередь, датчика частоты вращения приводит к тяжелым авариям. Оба коммутационных ограничения связаны с тем, что борьба с этими явлениями в существующих констр кюях машин постоянного тока производится путем подавления искрения и искажения потеициальной диаграммы по коллектору при помоши обтекаемых током якоря обмоток добавочных полюсов и компенсашюнной обмотки. Таким образом, в электрической маши не постоянного тока как бы существуют две системы автоматического регулирования (САР) с регулированием по возмущению, которые обеспечиваю прсйесс коммутации, САР только по возмущающему фактору имеет ограниченный диапазон и точность регулирования, в особеиности в нелинейных системах с запаздыванием. а именно такие условия существуют в электрической машине. Известен электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, коллектор которого снабжен- дополнительными измерительными щетками., которые через блок нелинейности подключены к ограничения и включенному в цепь обратной связи регулятору частоты вращения. Добавочные полюса электродвигателя снабжены в 3T«vi-электропроводе корректирующей обмоткой, .подключенной к выходу усилителя, входы которого соединены с измерительными щетками и блоком определения скорости изменения тока яко Ря 1. Известный электропривод не обеспечивает требуемой коммутациоиной прочности при глубоком регулировании величины магнитисяо потока и защит при отказах датчика, так как в нем не преду) самат|швэется корректировка потенциальнсА диаграммы напряжений на коллекторе. Кроме того, наличие дополнительных измерительиь Х щеток, снимакщих малые капр51жеиия, Шэ1зывает усложнение конструкции щеточного аппарата машины. Наиболее близким, к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является электропривод постоянного тока, содержащий регулятор частоты вращения. Последовательно соединенные регулятор тока якоря и вентильный преобразователь, питающий якорь электро двигателя постоянного тока, снабженного последовательио соединенными KOMneilcaционной обмоткой и обмоткой добавочных полюсов, а также датчвкн частоты враще ния и тока, подключенные к входам соответствующих регуляторов, датчик напряжения на якоре, диодный мост, корректирующую обмотку компенсационной обмотки, подключенную через усилитель и блок перемножения к кыхоау (| нкдиональиого преобразователя 2П. Недостатками этого элёктрсшривода являются недостаточная-надежность и ухудшенные условия кю мутации, что обусловлено отсутствием корректировки маг нитного потока добавочных полюсов, необ ходимой при ту бокам X более 3:1+4:1) ослаблении магнитного потока, отсутствием корректировки токоограничёния в ПИИ изменения велнчн11ы потока, а также отсутствием зашиты при анормальных режимах электрьдвигателя. Цель изобретения - Повышение надежности и улучшение условий ксяь1мутации электродвигателя. Указанная цель достигается тем, что в электропривод постоянного тока, содержаишй электродвигатель, регулятор частоты врашения, последсшательно соединенные регулятор тока якоря и вентильный преобразовате/1ь. питакший якорь электро двигателя постоянного тока,снабженного последовательно соеднненшд кш компенсацн оПной ббмоткой и обмоткой добавочных полюсов, а также датчики частоты врашения и тока подключенные к входам соответствующих регуляторов, датчик напряжения на якоре, зиодный мост, корректи рующую обмотку компенсационной обмотки, подключенную через уЪилнтвль и блок перемножения к выходу первого функционального преобразователя, опера ционный усилитель, четыре функциональных преобразователя, четыре блока выделения модуля, четь1ре блока сравнения, логические алв1ментыИ и ИЛИ, усилитель с подключенной к нему корректирующей обмоткой добавочных полюсов, три пороговых элемента, два диода, регулятор напряжения сравнения и цепочка из диода конденсатора и порогового элемента, при этом операционный усилитель включен между выходом регулятора частоты врашения и входом регулятора тока якоря и в цепь его обратной связи выводами переменного тока включен диодный мост, выводы постоянного тока которого coe-i динень с выходом регулятора напряжения сравнения, входы которого подключены к второму и третьему функциональным преобразователям, вход первого из которых соединен с датчиком напряжения на якоре, а вход второго - с входом первого функционального преобразователя, который через первый диод соединен также с выходом первого блока сравнения, входы которето соединены с двумя блоками выделения модуля, первый из которых подключен к датчику частоты врашения, а второй - к датчику напрзхжения на якоре, введенный усилитель соединен своим входом с выходом уп :м янутрго блока перемножения, входы втсфого блока сравнения соединешл с ютветственно с выходами регулятора тока якоря и четвертого функционального преобразователя, соединенного входом с датчиком напрягжения, а выход указанного блока сравнения - с одним из входов л я ического И, второй вход которого через перВ1Ый пороговый элемент подключен к выходу тре- тьего блока выделения модуля, входом соединенного с датчиком тока якоря и входом блока перемн(кения, причем упомяну.тый выход третьего блока выделения модуля вместе с выходом пятого 4 кционального преобразователя, включенного параллельно выходу регулятора напряжения сравнения, подключен к входу третьего блока сравнения, выход которого через второй диод свягю с одним из входов логического элемента ИЛИ, другие унокл которого соединены с выходом л ЯТ1ческого элемента И, через второй порОгстый элемент - с выходом первого блока выделения модуля и цепочку из диода, конденсатора и порогового элемента - с выходом четвертого блока сравнения, входы которого подключены к ш 1Ходам третьего и четвертого блоков выделения модуля, вход последнего из которых включен параллельно обмотке добавочных полюсов и компенсационной обмотке, а выход логического элемента ИЛИ третий пороговый элемент соединен с входом первого функционального преобразователя. Кроме того, в электропривод введены последовательно соединенные блок сравнения, диод и блок задержки, а также автоматический выключатель с расцепителем, при ЭТ1 входы введенного блока сравнення соединены с выходами первого и второго блоков выделения модуля, а выход блока задержки подключен к входу логического элемента ИЛИ, выход которотО соединен с расцепителем автоматического выключателя. На чертеже изображена схема электропривода постоянного тока.

Электропривод постоянного тока содержит регулятор 1 частоты вращения, последовательно соединенные регулятор 2 тока якоря и вентильный преобразователь 3, питающий якорь 4 электродвигателя постоянного тока , снабженного последовательно соединенными компенсационной обмоткой 5 и обмоткой 6 добавочных полюсов, а также датчик 7 частоты вращения и датчик 8 тока якоря, подключенные к входам соответствукшйх регуляторов 1 и 2,. датчик 9 напряжения на якоре, диодный мост 10,,корректирующую обмотку 11 компенсационно обмотки 5, подключенную через усилитель 12 и блок 13 перемножения к выходу 4 нкционального преобразователя 14, Между выходом регулятора 1 частоты вращения и входом регулятора 2 тока якоря включен операционный усилитель 15 и в цепь его обратной связи выводами переменного тока В1мючен диодный мост 10, вывойы постоянного тока котсфого соединены с выходом регулятора 16 напряжения сравнения, входы Kotoporo подключе- .ны к второму 17 и третьему 18 функциональным преобразователям, вход первого из которых соединен с датчиком 9 напряжения на якоре, а вход - с входом функционального преобразователя 14, который через диод 19 соединен также с выходом блока 20 сравнения, входы которого соединены с двумя блоками 21 и 22 выделения модуля, первый из которыК) подключен к датчияу 7 частоты вращения, а второй - к датчику 9 напряжения на якоре. Введенный усвлитепь 23

с корректирующей обмоткой 24 добавочных полюсов соединен своим входом с вы ходом блока 13 перемножения, входы вто рого блока 25 сравнения с(динены coot ветственно с выходами рюгулятор 2 тока якоря и четвертого фзгнюкнонального преобразователя 26, соединенного входом с датчиком 9 напряжения,- а выход блока 25 сравнения - с одним из догическогоэлемента И 27,-второй вход которого через первый пороговый элемент

28подключен к выходу третьего блока

29выделения мoдyляi входом соединенного с датчиком 8 тока якоря и входом блока 13перемножения, тгричем упсх янутый выход блока 29 вьшеления модуля вместе с выходом пяtoгo функционально

го преобразователя ЗО гакаюченного параллельно выходу рвгуяятсф1а 16 напря же кия сравнения, поакдю1 1ен к входу третьего блока 31 сравнения, выход которого через дноД 32 связен с одним из входов логического элементе ИЛИ 33, другие входы которого соединены с выходом логического элемента И 27., через второй пороговый Элемент 34 - с выходом блока 21 выделения модуля и через цепочку из диода 35,- конденсатора 36 и порогового элемента 37 - с выходом четвертого блока 38 сравнения, входы которого подключены к выходам блока 29 и 39 вьщедения модуля, в.ход последнего из которых включен параллельно обмоткам 6 и 5 добавочных полюсов и компенсационной, а выход логического элемента ИЛИ 33 через третий пороговый элемент 4О соединен с входом функционального преобразователя 14,

Электропривод содержит также последовательно соединенные блок 41 сравнения, диод 42 и блок 43 задержки, а также автоматический выключатель 44 с расцепителем 45, .при этом входы блока 41 сравнения соединены с выходами блоков 21 и 22 вьщеления , а выход блока 43 задержки подключен к входу логического элемента ИЛИ 33, выход которого соединен с расцепителем 45 автоматического выключателя 44.

Опера1ионнь1й усилитель 15, диодный мост 10, регулятор 16 напряжения сравне1гая и функциональные преобразователи 17 и 18 образуют регулятор 46 максимального Toka. . :

Электропривод постоянного тока работает следующим образом.

При поступлении сигнала задания по частоте вращения на вход регулятора 1 частоты вращения на его выходе появляется сигнал, являющийся заданием на ток якqpя, необходимый для достижения или поддержания заданной частоты BjiafliemiH. Этот сигнал в случае, если это задание на ток якоря определяет ток, больший допустимого, ограничивается по величине в регулятяре 46 максимального тока яко.- . .

Сигнал с выхода регулятора 46 через регулятор 2 тока якоря и вентильный преобразователь 3 приводит к форсиро ванному росту напряжения на якоре 4 электродвигателя и тока якорн А цени. Этот т«ж вызывает появление сигнала обратной связи по току на выходе датчика 8 1чжа якоря. Воздействуя на вход регулятора 2 тока якоря, сигнал обратной связи обеспечивает поддержание тока не выше заданного; уррвня.

Под действием тока якорь 4 раагоняется, что приводит к появлению сигнала на выходе датчика 7 частоты вращения и выделителе 21 модуля сигнала. пропорционального частоте, вращения. Сиг нал с выхода датчика 7, воздействуя на вход регулятора 1 частоты вращения, вызывает снижение задания на ток якоря, Разгон якоря 4 приводит также к росту напряжения на нем и, следовательно, к росту сигнала на выходе датчика 9 напряжения на и появлению сигнала пропорционального этому напряжению, на блоке 22 выделения модуля сигнала. Сиг налы с выхода блока 22 выделения модуля сигнала, пропорционального напряжению на якоре и блока 21- модуля сигнала, пропорционального частоте вращения, сравниваются щзи помсжци бпоков 2О и 41 сравнения.; Если сигнал с блока 22 выделения модуля преш 1шает сигнал с блока 21 на величину, .большую допустимого уровня, по цепи; диод 42 блок 43 задержки - лексический элемент ИЛИ 33 формидгется сигнал на срабатывание расцепителя 45 и аварийное отключение автоматического выключателя 44, т.е. срабатывает зашита от нарушения якорной цепи. Превьпиение модулем сигнала на выходе блока 2-1 выделения модуля сигнала на выхсше блока 22 при неизменном токе якоря однозначно CBSIзано с величиной ослабления магичтногр потока. Поэтому этот сигнал с выхода диода 19 используется как для управления работой электродвигателя, так и для формирования сигналов на защитные отключения. С п( функционального преобразователя 14 (блока нелинейности) и &ioка 13 перемножения, к одному из входов которого подводят сигнал с выхода датчика 8 тока якоря, формируется сигнал для корректировки магнитного поля электродвигателя. Этот сигнал дот1(лнительно обрабатывают при помощи усилителей 12 и 23 с учетом особенностей действия компенсационной обмотки 5 и , обмотки 6 добавочных полюсов и подводят соот.ветственно К к фректирующим магнитной поток обмотке 11 компенсациошиЛ обмот ки 5 и о& готке 24 добавочных полюсов. В результате корректируется действие ос новной компенсационной обмотки 5 и основной обмотки 6 добавочных полюсов в фуИкции величины магнитного потока глав иых полюсов и обеспечивается инвариантность управления коммутационными процессе 1и. Сигнал с выхода блока 20 сравнения при недопустимом ослаблении магнитного потока воздействует через пороговый эле мент 4О на вход логического элемента 10 3. ИЛИ 33 и обеспечивает аварийное отключение якоря 4 электродвигателя при нарушении системы регулирования тока возбуждения или - обрыве в цепи обмотки возбужДейия, Действие этой важной зашиты для достижения необходимого для ответственных приводов уровня надежное-. ти дублируется срабатыванием порогового элемента 34, осушествлякнаего защитное отключение электродвигателя при превышении модулем сигнала, пропорционального частоте вращения, дотустимого уровня. Регулятор 46 максимального тока ограничивает ток в функции параметров режимов, влиякшш.х на ксяимутацию. Для этого к входам регулятора 16 напряжения сравнения, являющегося частью регулятора 46, подводят с выхода датчика 9 напряжения на якоре обработанный с помощью функци(шального преобразователя 17 (блока нелинейности) сигнал, пропортиональный нап ряжению на якоре, и сигнал, функци0налы1О связанный с величиной магнитного потока и обработанный при помощи функционального преобразователя 18 (блок нелинейности). На выходе регулятора 16 получают сигнал подпора, который, воздействуя на выход noCTOsiHHoro тока диошю-мосто вой схемы 1О, препятствует образованию дрПОЛ1Штельной сильной отрицательной связи между входом и выходом операционного усилителя 15 до достижения сигналом задания предельно допустимого уровня тока якоря. При достижении предельного уровня сигнал задания на ток якоря ограничивают, что ограничивает уровень искрения на коялект фе; Сигнал задания на максимально допустимый ток якоря с вы1хода регулятора 16 ограничивают с помошью функционального преобразователя 30(блока нелинейности) и на входе блока 31 сравнения сравнивают с сигналом ,на выходе блока 29 выделения модуля, пропорциональным модулю тока якоря . При превышении сигналом, пропорциональным модулю тока якоря, сигнала, пропорционально максимально допустимому значению тока якоря (что связано с наруше ВИЯМИ САР тока якоря), на выходе блока 31сравнения по5ШляетсЕ сигнал, вызывакяпий отключение преобразователя 3. При превышении модулем тока якоря некоторого минимального уровня возникает режим прерывистых токов; В этих условиях пороговый элемент 28 становится проводящим и на одном из входов логического элемента И 27 появляется сигнал. При

91022273lO

превышении молулем сигнала на входена его выходе была равна сигналу на выпреобразователя 3 модуля сигнала на вы-ходе 15лока 29 выделения модуля. Тогда ходе датчика 9 напряжения, обработанно-после сравнения сигналов на выходе блого функциональным преобразователем 26ков 39 и 29 с помощью блока 38 сравдля учета нелинейности характеристики 5нения на выходе диода 35 появляется сигвход-выход преобразователя 3 на выхо-нал, пропорциональный перегреву обмоток де блока 25 сравнения, а следовательно,якорной цепи, т.е. этот сигнал однозначна (Втором входе и выходе логическогоно связан с нагревом обмоток якоря 4. элемента И 27 появляется сигнал. ТакПри этом относительно быстро меняюшукак такое соотношение сигналов свиДе- составляющую отфильтровывает контшьствует о нарушении работы преобра-денсатор 36. При опасном перегреве сразователя 3 (например, о неполнофазномбатывает пороговый элемент 37, что прирежиме), то сигнал с выхода логического,водцт к отключению преобразователя 3 элемента И 27 воздействует на входТаким ; образом, обмотки якоря 4 и друлогического элемента ИЛИ 33- и вызыва- гие обмотки якорной цепи надежно запгает отключение преобразователя 3.шены от перегрева.

Сигнал, пропорциональный модулю падения напряжения на компдасацяонной об-Технико-экономическими преимущестМОТК8 5 и обмотке 6 Добавочных полюсов ивами предлагаемого изобретения по сраввыделениый блоком 39 выделения модуля, 20нению с известными является улучшение

содержит две составляющие, первая изусловий коммутации и повьпиение надежкоторых, медленно меняющаяся, пропор-ности электродвигателя за счет много-

циональна произведению тока якоря на ве-кратного использования одних и тех же

личину активного сопротивления, а вто-сигналов, полученных от -датчиков. Эти

рая составляющая является относительно 25сигналы используются для ограничения

бистро меняющейся с частотой, большейрегулируемых величин, для сравнения межнескопьких герц. Выбор коэффи1шентовду собой и выработки отключающих воз

передачи блока 39 выделения модулядействий, причем управляющие воздейст.осуШествляют таким образом, чтобы мед-вия используются для управления процесленно меняющаяся составляющая сигналасом коммутации на коллекторе.