Реверсивный вентильный электропривод Советский патент 1985 года по МПК H02P5/06 

1.11389

Изобретение относится к электротехнике, в частн(,1-ти к автоматизированному вентильному электроприводу, и; может быть использовано, например, 6 реверсивныхсистемах вентильного 5 электропривода постоянного тока для станков с ЧПУ, роботов и др.

Известны быстродействующие реверсивные тиристорные электроприводы постоянного тока, в которых для повы- 10 шения динамических свойств применяется структура с линеаризацией характеристик управления в режиме прерывистого тока, в частности двухконтурная структура подчиненного ре- is гулирования с адаптивным ПИ-регулятором тока. При этом логическое устройство (ЛУ) для переключения комплектов тиристорного преобразователя подключено к выходу регулятора 20 тока и датчику ЭДС электродвигателя и переключается под действием разности, сигналов регулятора тока и датчика ЭДС. В этом случае резуль-тирующий- сигнал на входе логического 25 устройства пропорционален току двигателя. Такое устройство обеспечивает наибольшее быстродействие электропривода при его реверсировании lj .

Недостатком электропривода является зо сканирование тока тем больше, чем выше уровень пульсаций в сигнале датчика скорости (тахогенератора), и вследствие этого появление автоколебаний при достижении максимального

35 напряжения на двигателе.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является реверсивный вентильный электропривод, содержащий электродвигатель постоянно- 0 го тока, подключенный к .реверсивному вентильному преобразователю, управляющие входы которого через управляемые ключевые элементы соединены с системой управления, подключенной 5 входом к выходу регулятора частоты вращения, входы которого соединены. с выходами задаТчика и датчика частоты вращения, логическое переключающее устройство, один из входов кото- 50 рого соединен с выходом датчика прово димости вентилей, а также нелинейное звено. Нелинейное звено включено последовательно с регулятором тока. Результирующим сигналом на входе логи- 55 ческого устройства является сигнал, пропорциональный току электродвигателя. При заданном уровне пульсаций

2 (относительная величина пульсаций) тахогенератора выходное напряжение регуляторов пульсирует тем больше, чем больше скорость электродвигателя. Это приводит к возрастанию частоты сканирования ЛУ и тока двигателя Zj .

Недостатками известного электропривода являются сканирование тока, увеличивающее неравномерность скорости вращения и потери в электродвигателе, а также появление неустойчивости при достижении максимального напряжения на электродвйгателе, что обуславливает снижение качества регулирования.

Цель изобретения - повышение i aчества регулирования и уменьшение потерь в электродвигателе за счет исключения сканирования тока.

Поставленная цель достигается тем, что в реверсивный вентильный электропривод, .содержащий электродвигатель постоянного тока, подключенный к реверсивному вентильному преобразователю, управляющие входы которого через управляемые ключевые элементы соединены с системой управления, подключенной входом к выходу регулятора, частоты вращения, входы которого соединены с выходами задатчика и датчика частоты вращения, логическое переключающее устройства, один из входов которого соединен с выходом датчика проводимости вентилей,а также нелинейное звено, введены два управляемых ключевых элемента, сумматор и компаратор с зоной нечувствительности, а нелинейное звено выполнено в виде звена с регулируемой зоной нечувствительности, которое включено между датчиком частоты вращения и сумматором, второй вход которого подключен к задатчику частоты вращения, и входу компаратора, а выход через первый из введенных ключевых элементов соединен с вторым входом логического переключающего устройства, соединенным также через второй из введенных ключевых элементов с выходом регулятора частоты вращения, при этом управляющие входы введенных ключевых элементов соединены с выходом компаратора, а управляющий вход нелинейного звена с з.оной нечувствительности подключен к датчику частоты вращения. На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого электропривода. Электропривод содержит электродви гатель 1 постоянного тока, подключен ный к реверсивному вентильному преобразователю 2, управляющие входы которого через управляемые ключевые элементы 3 и 4 соединены с системой 5 управления, подключенной входом к выходу регулятора 6 частоты вращения, входы которого соединены с вь1хо дами задатчика 7 и датчика 8 частоты вращения, логическое переключающее устройство. 9, один из входов коТорого соединен с выходом датчика 10 про водимости вентилей, а также нелинейное звено 11. В электропривод введены управляемые ключевые элементы 12 и 13, сумматор 14 и компаратор 15 с зоной нечувствительности. Нелинейное звено 11 выполнено в виде звена с ре гулируемой зоной нечувствительности, которое включено между датчиком 8 частоты вращения и сумматором 14, второй вход которого подключен к задатчику 7 частоты вращения, а выход через введенный ключевой элемент 12 соединен с вторьм входом логического переключающего устройства 9, соединенным также через ключевой элемен 13 с выходом регулятора 6 частоты вращения, при этом управляющие входы ключевых элементов 12 и 13 связаны с выходом компаратора 15, а управляю щий вход нелинейного звена 11 подключен к датчику 8 частоты вращения. Электропривод работает следующим образом. При задающем сигнале, например Ц (Де 3макс задающий сигнал, соответствующий максимальной скорости электродвигателя 1), выходной сигнал компаратора 15 равен нулю, в результате ключ 13 замкнут, . а ключ 12 разомкнут. В этом случае логическое переключающее устройство , 9, оказьшается подключенным к регулятору 6 частоты вращения и переключение (реверсирование) преобразовате ля 2 производится в функции полярнос ти выходного сигнала регулятора 6./ При этом на холостом ходу электродвигателя и при conet имеет место Сканирование (реверсирование) тока двигателя. Амплитуда тока сканирования зависит от быстродействия регулятора 6, уровня пульсаций датчика 8 частоты вращения и величины задающего сигнала: при низком быстродействии рег улятора 6 и малой величине задающего напряжения сканирования тока мало. При увеличении указанных факторов в известном электроприводе сканирование тока возрастает, что приводит к повьппению неравномерности частоты вращения электродвига- теля, его дополнительному нагреву, а при максимальном напряжении на электродвигателе - к автоколебаниям, В предпагаемом электроприводе при увеличении задающего сигнала, например 1) 0 5 5мчкс срабатывает компн ратор 15, отключается ключ 13 и включается ключ 12,на вход логического переключающего устройства 9 через сумматор 14 поступают сигналы задающий и обратной связи с выхода датчика 8 частоты вращения через нелинейное звено 11 . Нелинейное звено 11 в общем случае имеет характеристику с переменной величиной зоньГ нечувствительности, т.е. Up var (с возрастанием скорости Ид увеличивается). Переменная величина Uo(r) целесообразна для увеличения помехбустойчивости электропривода. Действительно, на входе сумматора 14 сравниваются выходные сигналы регулятора 6 частоты вращения и нелинейного звена 11 и при определенном уровне пульсаций напряжения датчика 8 частоты вращения на входе сумматора 14 вьщеляется переменная составляющая (пульсация), которая по абсолютной величине тем большая, чем вьше уровень скорости двигателя. Это приводит к реверсированию сигнала на выходе сумматора 14 и при замкнутом ключе 12 к переключениям логического устройства 9 и реверсированию привода. Для исключения этого нежелательного явления нужно иметь зону нечувствительности звена 11, зави- . сящую от частоты вращения двигателя. Тогда по мере возрастания скорости возрастет величина UQ , сигнал U в большей мере преобладает над выходным сигналом нелинейного звена 11 и выходное напряжение сумматора 14 не реверсируется, что исключает нежелательные переключения логического устройства 9 и реверсирование тока двигателя. При величине пульсаций сигнала датчика 8 .частоты вращения, меньшей уровня зоны нечувствительности UQ нелинейного звена 11, алгебраическая сумма сигналов на входе сумматора 14 имеет одну определенную полярность и логическое устройство .9 не переключается, что исключает ск нирование тока и вытекающие из этого отрицательные последствия. В случае появления существенных изменений скорости знак сигнала на выходе сумматора 14 изменяется и происходит переютгочение логического устройства 9 и преобразователя 2, в результате осуществляется автоматическое восстановление заданной ско рости электродвигателя 1. Таким образом, логическое устройство 9 управ ляет переключением преобразователя 2 в двух зонах регулирования; в первой зоне входные сигналы регулятора 6 частоты вращения малы, поэтому вре регулирования регулятора 6 возраста ет и сканирование тока минимальное во второй зоне входные сигналы регулятора 6 велики, в результате выходное напряжение регулятора 6 форсировано изменяется, логическое устройство 9 с помощью компаратора 15 и ключей 12 и 13 переключается и соедин яется со звеном 11, содержащим зону нечувствительности, что резко уменьшает сканирование тока, повышает равномерность вращения двигателя и исключает автоколебания электропр1тода. В первой зоне регулирования имеет наибольшую чувствительность логического устройства 9 (так как оно подключено к регулятору 6), а во второй чувствительность логического устрой ства 9 снижается за счет его включе- ния через элементы 11, 14 и 12. При . этом уровень зоны нечувствительности 110(1) изменяется в функции двигателя и может быть выбран в допустимых пределах (в частном случае допустимо Llo(n) ). В остальном электропривод работает по известному алгоритму реверсивного тиристорного электропривода с раздельным управлением. Применение изобретения позволяет улучшить качество регулирования в электроприводе и уменьшить нагрев электродвигателя за счет снижения неравномерности вращения и потерь в электродвигателе. Улучшение этих характеристик электропривода повьшшет качество регулирования, что очень важно в высокоточных системах регулирования, например в станках с ЧПУ, роботострое- НИИ и т.д., так как повышает точность обработки деталей и выполнения операций .

РЕВЕРСИВНЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий электродвигатель постоянного тока, подключен ный к реверсивному вентильному преобразователю, управляющие входы которого через управляемые ключевые элементы соединены с системой управления, подключенной входом к выходу регулятора частоты вращения, входы ; которого соединены с выходами задатчика и датчика частоты вращения, логическое переключающее устройство, один из входов которого соединен с выходом датчика проводимости вентилей, а также нелинейное звено, отличающийся тем, что, с целью повьппения качества регулирования и уменьшения потерь в электродвигателе, в него введены два управляемых ключевых элемента, и компаратор с зоной нечувствительности, а нелинейное звено выполнено в виде звена с регулируемой зоной нечувствительности, которое включено между датчиком частоты вращения и сумматором, второй вход которого подключен к задатчику частоты вращения и к входу компаратора, а выход через первый из введенных ключевых элементов соединен с вторым входом логического переключающего устройства, соединенным также через второй из введенных ключевьк элементов с выходом реС гулятора частоты вращения, при этом управ«к 0 Ц1ад входы введенных ключевых 00 элеман ов соединены с вькодом компаратора, а управляющий вход нелинейного SBeita с зоной нечувствительности со .подключен к датчику частоты лоащений.